Įspūdingas pasiekimas: beveik užbaigta pirma žmonijos istorijoje juodosios skylės nuotrauka (Video)

Nepaisant milžiniško juodųjų skylių populiarumo mokslinėje fantastikoje ir šiaip žmonių vaizduotėje, iš tiesų juodosios skylės niekada nesame matę. O to priežastis yra labai jau paprasta.

Juodosios skylės yra iš esmės nematomos. Jų kuriama gravitacijos jėga yra tokia didelė, kad priartėjus tam tikru atstumu iš traukos laiko negali ištrūkti niekas. Absoliučiai. Net elektromagnetinė spinduliuotė – rentgeno spinduliai, infraraudonoji, regimoji šviesa, radijo bangos – viskas prasmenga į juodąją skylę, todėl tiesioginis juodųjų skylių stebėjimas yra labai sudėtinga užduotis.

Ši riba, žyminti „negrįžtamumo tašką“, yra vadinama įvykių horizontu. Bet tai yra ne šiaip vieta, kurioje niekas iš mūsų nenorėtų atsidurti – tai yra ir vieta, kuri gali mums padėti pamatyti, kaip atrodo juodoji skylė (na, tiksliau, artimiausia matoma jos aplinka).

Pačios juodosios skylės „asmeniškai“ niekada nematėme ir nepamatysime, tačiau štai įvykių horizontą galima nufotografuoti. Ir esame labai jau arti šio tikslo – tą daro „Event Horizon“ teleskopas (EHT), kurį valdančios mokslininkų grupės svarbaus pranešimo laukiama pačiomis artimiausiomis dienomis.

Bet gerokai iki EHT -1978 metais – pirmąjį žvilgsnį į juodąją skylę pasiūlė mesti astrofizikas Jean-Pierre'as Luminet: jis parodė, kaip, jo manymu, turėtų atrodyti įvykių horizontas.

Žinoma, tai, ką parodė J.-P.Luminet nebuvo tikra nuotrauka. Mokslininkas, kurio pagrindinis išsilavinimas yra matematinis, visus savo įgūdžius panaudojo kurdamas kompiuterinį juodosios skylės modelį, kuris leistų suprasti, kaip juodąją skylę matytų stebėtojas. Modeliavimui buvo panaudotas praėjusio amžiaus septintajame dešimtmetyje gamintas, perforuotomis kortelėmis programuojamas kompiuteris „IBM 7040“.

„Tais laikais tai buvo labai egzotiška tyrimų sritis ir dauguma astronomų net netikėjo jų egzistavimu. Norėjau patyrinėti keistą juodųjų skylių fiziką ir pasiūlyti specifinius mechanizmus, kurie leistų gauti netiesioginius jų egzistavimo įrodymus“, – sakė pats modelio autorius.

Kompiuterio grąžintą rezultatą J.-P.Luminet vargais negalais subraižė rankomis, rašalu ant negatyvinio popieriaus, tarsi pats būtų spausdintuvas. Darbo rezultatas – titulinėje šio straipsnio nuotraukoje. Jame matoma, kaip galėtų atrodyti plokščias medžiagos, krentančios į juodąją skylę diskas, jeigu būtume pakankamai arti, kad šį vaizdą įžiūrėtume. Iš tiesų diskas neatrodo plokščias, nes intensyvi juodosios skylės gravitacija iškreipia aplinkinę šviesą.

„Iš tiesų gravitacinis laukas taip smarkiai iškreipia šviesos spindulius juodosios skylės apylinkėse, kad tampa matoma net tolimoji disko pusė“, – praėjusiais metais publikuotame moksliniame darbe savo piešinį aiškino J.-P.Luminet.

„Šviesos spindulių iškreipimas taip pat generuoja antrinį vaizdą, kuris leidžia mums pamatyti ir kitą akrecijos disko pusę, esančią priešingoje juodosios skylės pusėje, nei yra stebėtojas“, – rašė mokslininkas.

J.-P.Luminet buvo pirmasis, bet toli gražu ne vienintelis mokslininkas, susižavėjęs klausimu, kaip turėtų atrodyti juodoji skylė. Todėl nuo 1978 metų prikurta nemažai skirtingų šio paslaptingo objekto vizualizacijų, kai kurios jų pateko ir į didžiuosius kino ekranus.

Pavyzdžiui, 2014 m. Christopherio Nolano filmas „Interstellar“ buvo ne kartą giriamas už „moksliškai tikslų“ juodosios skylės atvaizdavimą, kuris iš tiesų buvo grindžiamas J.-P.Luminet darbu, atliktu prieš kelis dešimtmečius. Be to, filmo kūrėjai konsultavosi su fiziku-teoretiku Kipu Thorne'u iš Kalifornijos technologijos instituto (JAV).

Bet finale prodiuseriai pasirinko supaprastintą juodosios skylės atvaizdavimo variantą, kad jis mažiau trikdytų žiūrovus ir gražiau atrodytų ekrane.

Be jokios abejonės, tai buvo įspūdingas vaizdas, tačiau ir J.-P.Luminet, ir K.Thorne'as tvirtina, kad juodoji skylė iš tikrųjų atrodytų kitaip.

Pirminis ir antrinis vaizdai, kuriuos sukuria gravitacinis laukas, filme „Interstellar“ yra atvaizduoti teisingai. Tačiau, skirtingai nei J.-P.Luminet pateiktoje iliustracijoje, disko ryškumas yra vienodas.

„Būtent stipri regimojo šviesumo asimetrija yra esminė juodosios skylės vaizdo savybė – tai yra vienintelis dangaus objektas, vidiniams akrecijos disko regionams galintis suteikti šviesos greičiui artimą sukimosi greitį ir sukelti labai stiprų Dopplerio efektą“, – aiškino J.-P.Luminet.

Šis mokslininkas vienintelei filmo scenai paskyrė net 15 puslapių apimties mokslinį straipsnį, o K.Thorne'as apie tai parašė knygą.

Galite pastebėti, kad visos šios juodosios skylės versijos labai skiriasi nuo kito juodosios skylės vaizdo, kurį galbūt pastebėjote, kai apie savo didįjį atradimą paskelbė gravitacinių bangų paieškos laboratorija LIGO.

Šios iliustracijos pagrindas yra astrofiziko Alaino Riazuelo, dirbančio Prancūzijos nacionaliniame mokslinių tyrimų centre – jis tokį vaizdą pirmąkart sumodeliavo 2016 metais.

Esminis šio atvaizdavimo skirtumas – kad jame juodoji skylė yra „rami“, be akrecijos diskų.

Šis masyvus dangaus kūnas, neturėdamas kosminių dulkių ir dujų skraistės, iškreipia šviesą, atkeliaujančią link stebėtojo per juodosios skylės apylinkes. Jeigu būtume pakankamai arti, kad matytume tokį juodosios skylės vaizdą, mes patys judėtume, būdami pagauti gravitacijos šio kūno orbitoje. Štai dėl ko atrodo, kad juodoji skylė juda žvaigždžių pilname lauke.

O LIGO vaizdo įraše, kuriame matomos dvi juodosios skylės iškart, už abiejų jų matosi antrinis „porininkės“ atvaizdas, iškreiptas į banano formą.

EHT teleskopas fotografuoja Saggitarius A* – supermasyvią juodąją skylę, esančią mūsų galaktikos, Paukščių tako, centre.

Mes dar nežinome, ką pamatysime – tikėtina, kad rezultatas bus keli nuviliantys išskydę taškai (o jei iš tiesų taip nutiks, tai prie projekto bus prijungta daugiau teleskopų ir mokslininkai bandys tą patį darbą atlikti dar kartą).

Bet žinant, jog stebėjimai parodė, kad mūsų juodoji skylė turi akrecijos diską, ekspertai labiau tikisi kažko panašaus į J.-P.Luminet paveikslą.

Be to, EHT projektas gali padėti mums geriau suprasti spinduliuotės poliaziaciją, magnetinio lauko struktūrą ir juodosios skylės reliatyvistines čiurkšles. Jau dabar šis projektas suteikė mokslininkams žinių apie juodajai skylei artimą erdvę.