Crne rupe zamišljamo kao ekstremne kozmičke objekte čija gravitacija ne dopušta bijeg ni svjetlosti. Upravo zato su povijesne slike crnih rupa u središtu galaksije M87 i naše Mliječne staze, koje je prije nekoliko godina objavila međunarodna suradnja Event Horizon Telescope (EHT), označile prekretnicu u astronomiji.
“Na tim snimkama zapravo ne vidite samu crnu rupu, nego užarenu međuzvjezdanu tvar koja se nalazi neposredno uz nju,” objašnjava prof. Luciano Rezzolla sa Sveučilišta Goethe u Frankfurtu, čiji je tim imao ključnu ulogu u analizi podataka EHT-a.
“Dok se tvar još uvijek vrti izvan horizonta događaja, prije nego što je nepovratno proguta gravitacija, ona emitira posljednje bljeskove svjetlosti koje mi možemo zabilježiti.”
Snimke tako prikazuju sjenu crne rupe, tamnu siluetu iza koje nestaje svjetlost. Upravo ta “sjena” otvara mogućnost da se precizno testiraju teorije koje opisuju prirodu prostora, vremena i gravitacije.
Einsteinov model i alternativne teorije
Opća teorija relativnosti Alberta Einsteina i dalje je zlatni standard moderne fizike. Ona predviđa postojanje crnih rupa kao specifičnih rješenja jednadžbi koje opisuju zakrivljenje prostorvremena. Ključni element tog opisa jest horizont događaja, granica iza koje nestaje sve, pa i svjetlost.
“Ipak, postoje i druge, zasad hipotetske teorije koje također predviđaju crne rupe,” kaže Rezzolla. “Neke od njih zahtijevaju postojanje egzotične tvari s vrlo posebnim svojstvima, a druge čak dopuštaju kršenje nama poznatih fizikalnih zakona.”
Zajedno s kolegama iz Instituta Tsung-Dao Lee u Šangaju, Rezzolla je u časopisu Nature Astronomy predstavio novi način da se takve alternativne teorije provjere pomoću promatranja sjena supermasivnih crnih rupa.
Do sada nije bilo dovoljno preciznih podataka koji bi omogućili potvrdu ili opovrgavanje tih ideja. No to bi se moglo promijeniti s budućim generacijama EHT-ovih promatranja. “Potrebne su nam dvije stvari,” objašnjava Rezzolla. “Prvo, slike dovoljno visoke rezolucije kako bismo što točnije izmjerili promjer sjene, i drugo, teorijski opis koji pokazuje koliko pojedini modeli odstupaju od Einsteinove relativnosti.”
Računalne simulacije otkrivaju tragove teorija
Znanstvenici su izradili sveobuhvatan prikaz načina na koji se različite vrste hipotetskih crnih rupa razlikuju od Einsteinova modela i kako se te razlike odražavaju u promatranim sjenama.
Da bi to ispitali, tim je proveo trodimenzionalne računalne simulacije koje oponašaju ponašanje plazme i magnetskih polja u zakrivljenom prostorvremenu oko crnih rupa. Iz tih simulacija stvorene su sintetske slike užarenog plina, koje pokazuju kako bi sjene izgledale u različitim teorijskim scenarijima.
“Ključno pitanje bilo je: koliko se te slike zapravo razlikuju?” kaže glavni autor studije, dr. Akhil Uniyal iz šangajskog instituta. Na temelju rezultata uspjeli su izdvojiti jasne kriterije po kojima će buduća, detaljnija promatranja moći prepoznati koja teorija najbolje opisuje stvarnost.
Iako su današnje EHT-ove slike još uvijek nedovoljno oštre da bi pokazale te suptilne razlike, simulacije pokazuju da one postaju sve izraženije s povećanjem rezolucije. Kako bi se taj cilj ostvario, fizičari su razvili “univerzalni opis” crnih rupa koji objedinjuje vrlo različite teorijske pristupe u zajednički okvir.
“Jedan od najvećih doprinosa EHT-a jest to što su crne rupe pretvorene iz čisto teorijskih u stvarne, mjerljive objekte,” ističe Rezzolla. “Očekujemo da će se teorija relativnosti ponovno pokazati točnom, kao i nebrojeno puta do sada.”
Trenutni rezultati uglavnom potvrđuju Einsteinovu teoriju, iako su granice preciznosti još široke. Unatoč tome, najekstremnije hipoteze sve su manje vjerojatne: crne rupe u M87 i u srcu Mliječne staze gotovo sigurno nisu gole singularnosti bez horizonta događaja, niti crvotočine koje spajaju udaljene dijelove svemira.
“Čak i kad je teorija dobro potvrđena, mora se neprestano provjeravati, osobito na primjerima ekstremnih objekata poput crnih rupa,” dodaje Rezzolla. “Ako bi se ikada pokazalo da Einsteinova teorija ne vrijedi, to bi značilo revoluciju u našem razumijevanju svemira.”
Zasluge: Luciano Rezzolla / Sveučilište Goethe
Pogled s teleskopa veličine planeta
Suradnja Event Horizon Telescope omogućuje takva testiranja jer spaja više golemih radioteleskopa širom svijeta u jedinstveni sustav čija je rezolucija ekvivalentna promatranju teleskopom veličine Zemlje. Na taj način prvi put možemo “zaviriti” u neposrednu okolinu supermasivnih crnih rupa.
U idućim godinama EHT bi se trebao dodatno proširiti novim teleskopima na Zemlji, a dugoročni plan uključuje i postavljanje radioteleskopa u svemir. Takav bi sustav drastično poboljšao rezoluciju i omogućio testiranje fizikalnih teorija s preciznošću kakva dosad nije bila moguća.
Prema novoj studiji, za odlučujuća testiranja trebat će kutna rezolucija manja od milijuntog dijela lučne sekunde, usporediva s time da s površine Zemlje razaznamo novčić na Mjesecu. Iako to zasad premašuje tehničke mogućnosti, znanstvenici vjeruju da bi takva razina preciznosti mogla postati stvarnost već u sljedećih nekoliko godina.
Crne rupe tako više nisu samo simboli tajanstvenog svemira, nego postaju laboratoriji za najdublja pitanja fizike, mjesta gdje se istina o prostoru i vremenu mjeri svjetlom koje tek što nije nestalo.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
What i do not realize is in fact how you are no longer actually much more wellfavored than you might be right now Youre very intelligent You recognize thus considerably in relation to this topic made me in my view believe it from numerous numerous angles Its like men and women are not fascinated until it is one thing to do with Lady gaga Your own stuffs excellent All the time handle it up
Nice blog here Also your site loads up very fast What host are you using Can I get your affiliate link to your host I wish my site loaded up as quickly as yours lol