Prije gotovo pet godina, međunarodni tim astronoma pružio je svijetu prvi uvid u crnu rupu. Sada je taj tim potvrdio svoja izvorna otkrića i naše razumijevanje crnih rupa novom slikom supermasivne crne rupe M87*. Ova supermasivna crna rupa, teška 6,5 milijardi puta više od našeg Sunca, smještena je u središtu galaksije Messier 87 (M87), koja se nalazi u skupu galaksija Djevica, udaljenoj 55 milijuna svjetlosnih godina od Zemlje. Kao i prethodna, nova slika snimljena je pomoću teleskopa Event Horizon Telescope (EHT), koji se sastoji od niza radioteleskopa postavljenih diljem planeta. Međutim, ovi novi podaci prikupljeni su godinu dana kasnije, 2018. godine, uz poboljšanja u konfiguraciji teleskopa, posebice s dodatkom teleskopa na Grenlandu.
EHT-ova originalna slika M87* bila je značajna ne samo kao prva slika crne rupe snimljena ikada, već i zato što je objekt izgledao kako se očekivalo. Na slici se ističe ono što se naziva sjena crne rupe – tamna površina u središtu svijetlećeg diska vruće materije koja orbitira oko crne rupe. Sjena crne rupe nije doslovna sjena kao ona koju stvaramo izlaskom na sunčano svjetlo. Umjesto toga, ova tamna površina rezultat je ogromnog gravitacijskog polja crne rupe, toliko snažnog da svjetlost ne može pobjeći.
Također, ova snažna gravitacija savija svjetlost koja prolazi blizu crne rupe, ali ne ulazi u nju, funkcionirajući kao neka vrsta leće. To se naziva gravitacijska leća i stvara prsten svjetlosti vidljiv iz svakog kuta promatranja crne rupe. Ovi fenomeni predviđeni su Albert Einsteinovom teorijom opće relativnosti. Pojava ovih efekata na slici M87* snažan je dokaz točnosti teorije opće relativnosti i našeg razumijevanja fizike crnih rupa.
Novu sliku M87* izradio je istaknuti tim za obradu slika na Caltechu, koji uključuje profesoricu Katherine (Katie) L. Bouman, docenticu računalnih i matematičkih znanosti, elektrotehnike i astronomije; bivšu doktorandicu na Caltechu Nitiku Yadlapalli Yurk, Ph.D.; i trenutnog postdoktorskog istraživača na Caltechu u području računalnih i matematičkih znanosti, Aviada Levija.
Obrada slike
Bouman je koordinatorica Radne skupine za obradu slika EHT-a i bila je postdoktorska suradnica na Centru za astrofiziku Harvard-Smithsonian te suvoditeljica tima za obradu slika EHT-a kada je originalna slika objavljena 2019. U toj ulozi, sudjelovala je u razvoju algoritama koji su pretvorili ogromnu količinu podataka prikupljenih EHT-ovim radioteleskopima u koherentnu sliku. Od dolaska na Caltech, Bouman, koja je također Rosenbergova stipendistica i istraživačica na Institutu za medicinska istraživanja Heritage, nastavila je raditi na projektu EHT. Također je bila suvoditeljica obrade slike supermasivne crne rupe u Mliječnom putu, objavljene 2022. godine.
Yurk se pridružila projektu EHT-a 2020. godine i aktivno je sudjelovala u timu za obradu najnovije slike M87*. Njezin doprinos uključivao je razvoj sintetičkih skupova podataka koji su korišteni za treniranje i validaciju algoritama za obradu slika. Yurk je također razvila softver korišten u analizi kandidata za slike. Nedavno je od strane EHT-a nagrađena za svoje doprinose s nagradom za doktorsku tezu zbog napretka koji je postigla u obradi i validaciji najnovije slike M87*. Trenutno je stipendistica NASA-inog postdoktorskog programa na JPL-u, koji Caltech upravlja u ime NASA-e.
Proces snimanja objekta poput M87* s EHT-om značajno se razlikuje od snimanja planeta poput Saturna konvencionalnim teleskopom. EHT ne promatra svjetlost, već radio valove koje emitiraju objekti, kombinirajući te informacije računalno kako bi stvorio sliku.
“Sirovi podaci koji dolaze iz ovih teleskopa zapravo su samo vrijednosti napona,” objašnjava Yurk. “Radio teleskope smatram najosjetljivijim voltmetrima na svijetu, koji vrlo precizno prikupljaju napon s različitih dijelova neba.”
Izazovi
Pretvorba ovih vrijednosti napona u sliku je izazovna, ističe Bouman, budući da su podaci s kojima rade nepotpuni i ne postoji ništa s čime bi se slika mogla usporediti, jer nitko nije vidio M87* vlastitim očima.
“Ne želimo unaprijed pretpostaviti kako crna rupa treba izgledati prilikom računalnog stvaranja slike,” kaže Bouman. “To bi nas moglo dovesti do očekivane slike, a ne one koja odražava stvarnost.”
Da bi se izbjegla ta predrasuda, istraživači testiraju svoje algoritme za obradu slika koristeći sintetičke podatke, niz simuliranih slika s jednostavnim geometrijskim oblicima. Ako rezultat odgovara ulaznoj slici, to znači da algoritam ispravno radi i može precizno prikazati neočekivane strukture oko crne rupe. Bouman navodi da je ovaj proces, koji je vodila zajedno s Yurk, uključivao istraživanje stotina tisuća parametara kako bi se ocijenila učinkovitost algoritama u rekonstrukciji različitih struktura slika. Tim je otkrio da s dodatkom teleskopa na Grenlandu u EHT, metode postaju robustnije u izdvajanju značajki na slikama.
Proces je rezultirao slikom M87* koja se malo razlikuje od originalne. Najuočljivija promjena je pomak najsvjetlijeg dijela svijetlećeg prstena oko M87* za otprilike 30 stupnjeva u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Prema EHT-u, ovaj pokret vjerojatno je posljedica turbulentnog toka materije oko crne rupe. Važno je napomenuti da je veličina prstena ostala ista, što je u skladu s predviđanjima opće relativnosti. Bouman ističe da je sposobnost tima da proizvede još jednu sliku M87* s novim podacima, koja se usko podudara s prethodnom, izuzetno uzbudljiva.
“Vjerujem da će ljudi postaviti pitanje, ‘Zašto je to važno? Već ste prikazali sliku M87*.’ Ostale skupine su rekreirale sliku M87* koristeći podatke snimljene 2017. godine. Međutim, posve je drugačije imati novi skup podataka snimljen drugačije godine i doći do istih zaključaka. Reproduktivnost s neovisnim podacima predstavlja važan aspekt istraživanja!
Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram –t.me/kozmoshr
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
