Όχι, δε θα αρχίσω με το τι σημαίνει αυτή η φωτογραφία για τους 200 και επιστήμονες που συνεργάστηκαν τα τελευταία 10 χρόνια για να φέρουν εις πέρας το αδιανόητο, να μας δώσουν την πρώτη εικόνα της μαύρης τρύπας. Ούτε θα εξηγήσω ακόμα τι σημαίνει αυτή η φωτογραφία για τους αστροφυσικούς, για την επιστήμη, αλλά και για τον απλό άνθρωπο. Θα σταθώ αρχικά σε κάτι που με στεναχωρεί από τα μέσα ενημέρωσης και την αδυναμία τους να επεξεργαστούν μια απλή πληροφορία, όπως ποιοι απαρτίζουν την παγκόσμια συνεργασία που ονομάζεται Event Horizon Telescope (EHT).
Όχι παιδιά και αγαπητά ΜΜΕ ανά τον κόσμο, δεν είναι η NASA που πήρε και έδωσε στον κόσμο την πρώτη φωτογραφία μιας μαύρης τρύπας!
Τετάρτη 10 Απριλίου 2019 και 4 μ.μ. ώρα Ελλάδας, άρχισε η ταυτόχρονη ανακοίνωση σε 6 συνέδρια διεθνώς, με σκοπό να αποδοθούν τα εύσημα σε όλους αυτούς που συμμετείχαν στο μοναδικό αυτό αστροφυσικό πείραμα! 13 ινστιτούτα και πανεπιστήμια! 200 και άτομα! Και όλοι θα πρέπει να είναι περήφανοι. Εμείς σίγουρα είμαστε!
Αυτό που μας διδάσκει η δημοσίευση της πρώτης φωτογραφίας μιας μαύρης τρύπας είναι ότι με τη συνεργασία και παραμερίζοντας τις όποιες διαφορές μας, η ανθρωπότητα μπορεί να καταφέρει ασύλληπτα πράγματα. Σίγουρα ένα ηθικό δίδαγμα για τους δύσκολους καιρούς που ζούμε.
Τετάρτη 10 Απριλίου 2019, 2:30 μ.μ. ώρα Γερμανίας. Αρχίζουμε να μαζευόμαστε σε μια αίθουσα στο Ινστιτούτου Max Planck Ραδιοαστρονομίας στη Βόννη της Γερμανίας, για να δούμε τη ζωντανή μετάδοση από τις Βρυξέλλες μέσω του λινκ του European Southern Observatory (ESO). Αγωνία μεγάλη. Περιμέναμε τόσο καιρό γι’ αυτό και δε μπορούμε να συγκρατήσουμε τον ενθουσιασμό μας! Αρχίζει η ανακοίνωση, μια μικρή εισαγωγή, παίζει το βίντεο, αρχίζουμε να ταξιδεύουμε από τη Γη πέρα μακριά, έξω από το Γαλαξία μας, σε ένα μακρινό γαλαξία 55 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά (1 έτος φωτός είναι η απόσταση που διανύει το φως σε ένα χρόνο)! Σε ένα πασίγνωστο για τους αστροφυσικούς γαλαξία, αλλά και για τους ερασιτέχνες αστρονόμους, τον Messier 87 (Μ87). Και το βίντεο αρχίζει να ζουμάρει! Φτάνουμε στον προορισμό μας, στο κέντρο του! Στη μαύρη τρύπα!
Να σας πω την πικρή μου αλήθεια, όταν είδαμε την φωτογραφία να ανακοινώνεται τα χάσαμε! Σιγή! Αλήθεια σας λέω. Για μερικά δευτερόλεπτα βλέπαμε αποσβολωμένοι. Μετά χειροκροτήματα σε όλη την αίθουσα. Και φυσικά, οι απαραίτητες φωτογραφίες και ανακοινώσεις σε μέσα κοινωνικής δικτύωσης. Μαζί με ένα μεγάλο αίσθημα υπερηφάνειας για την αστρονομική κοινότητα και τους κόπους μας που τελικά αποδίδουν. Ένα αίσθημα υπερηφάνειας για τους επιστήμονες του Max Planck που ήταν εκεί στις Βρυξέλλες, ανάμεσα στο πάνελ επιστημόνων, αλλά και στο κοινό, για τη μεγάλη ανακοίνωση. Ένα αίσθημα υπερηφάνειας για το ινστιτούτο στο οποίο είμαστε μέλη.
Μια Συλλογική Προσπάθεια Ετών
Για να φτάσει η επιστημονική κοινότητα σε μια τέτοια μεγάλη στιγμή χρειάζονται πολλά χρόνια συντονισμού, δουλειάς και καλών σχέσεων μεταξύ των συνεργατών. Αλλιώς όλα καταρρέουν. Δεν είναι κατόρθωμα του ενός, αλλά των πολλών. Και για άλλη μια φορά οι αστροφυσικοί έδειξαν σε όλους μας τον τρόπο για να πετύχουμε τους στόχους μας και να προσεγγίσουμε το ασύλληπτο: συνεργασία, χωρίς προκαταλήψεις, αλλά με συλλογικότητα και κοινό όραμα.
Δέκα χρόνια πριν, στο Ινστιτούτο Max Planck Ραδιοαστρονομίας στη Βόννη έγινε η αρχή, με μια δημοσίευση των Falcke, Melia, Agol (2000) που προβλέπει τη δυνατότητα να παρατηρήσουμε τη σκιά της μαύρης τρύπας μέσω ενός αστροφυσικού πειράματος. Ένα όραμα που πήρε χρόνια προετοιμασίας και πολύ σκληρής δουλειάς. Που μπορούσε να επιτευχθεί μόνο μέσα από διεθνείς συνεργασίες, σε όλη τη Γη. Γιατί; Γιατί οι παρατηρήσεις αυτές απαιτούν ένα τηλεσκόπιο στο μέγεθος της Γης!
Αυτό που ήθελαν να κάνουν ήταν να τραβήξουν την πρώτη φωτογραφία μιας μαύρης τρύπας ώστε να επαληθεύσουν τις θεωρίες και να κατανοήσουν τι είναι αυτά τα μυστηριώδη αντικείμενα. Να σημειώσω ότι πριν τις παρατηρήσεις στον Μ87 δεν είχαμε σαφή πειραματική απόδειξη ότι στο κέντρο ενός γαλαξία κατοικεί μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα.
Photo: ESO
Αυτό φυσικά δεν είναι καθόλου εύκολο. Για να παρατηρήσεις κάτι που ρουφάει την ύλη που το περιβάλλει, ακόμα και το ίδιο το φως, και ταυτόχρονα βρίσκεται κρυμμένο πίσω από ένα πέπλο σκόνης, πρέπει να ξέρεις πολύ καλά τι είναι αυτό που ψάχνεις και πώς να το βρεις. Πρέπει λοιπόν να ξέρεις τη θεωρία. ΟΚ μέχρι εδώ. Μετά χρειάζεται ένα τηλεσκόπιο. Πόσο μεγάλο όμως; Κάτι πολύ μεγάλο, ώστε να μπορείς να ζουμάρεις στην καρδιά ενός γαλαξία, σε αποστάσεις δισεκατομμυρίων χιλιομέτρων από τη Γη. Πόσο να ζουμάρεις; Τόσο ώστε να μπορείς να διακρίνεις στον ουρανό αντικείμενα που είναι μερικά δισεκατομμυριοστά της μοίρας (το φεγγάρι στον ουρανό είναι μισή μοίρα). Κάτι που αντιστοιχεί σε διάμετρο μερικές φορές τη διάμετρο του ηλιακού μας συστήματος. Έκαναν λοιπόν τους υπολογισμούς τους και είδαν ότι αυτό το τηλεσκόπιο έπρεπε να έχει επιφάνεια κατόπτρου μεγάλη όσο η Γη.
Πώς κτίζεις ένα τέτοιο μεγαθήριο; Με την τεχνική του Very Long Baseline Interferometry (VLBI), μια τεχνική που χρησιμοποιεί πολλά μικρότερα τηλεσκόπια, τα οποία ήδη βρίσκονται σε διάφορες τοποθεσίες και χώρες, και τα ενώνει σε ένα δίκτυο. Η επιφάνεια του εικονικού κατόπτρου που δημιουργείται είναι όση η απόσταση των πιο απομακρυσμένων τηλεσκοπίων. Αυτά παρατηρούν ταυτόχρονα για 8 ώρες την μαύρη τρύπα και συλλέγουν τα δεδομένα, τα αποθηκεύουν σε δίσκους χωρητικότητας της τάξης των TB και τα στέλνουν στα Max Planck στη Βόννη και ΜΙΤ να τα ενώσουν, να τα συγχρονίσουν και αφού τα επεξεργαστούν τα στέλνουν στους αστροφυσικούς για ανάλυση μέσω χρήσης πολύπλοκων αλγορίθμων.
Το πρώτο πράγμα που είδαν μετά την ανάλυση δεδομένων ήταν ένα λαμπρό δαχτυλίδι που περιβάλλει ένα σκοτεινό κέντρο! Επιτυχία!!! Ακριβώς αυτό που περιγράφει η θεωρία! Αυτό ακριβώς που είχαν προβλέψει με τις προσομοιώσεις τους! Η πρώτη φωτογραφία μιας μαύρης τρύπας είναι αυτή του Μ87 και είναι γεγονός.
Κατά τη διάρκεια των ερωτήσεων μετά την ανακοίνωση, μου έκανε εντύπωση η απάντηση του Heino Falcke (chair, EHT Science Council) σε έναν δημοσιογράφο, στο γιατί δεν δίνουν στη δημοσιότητα τη φωτογραφία του Sgr A*. Είπε λοιπόν χαρακτηριστικά, ότι ο Sgr A* είναι μια πολύ μικρότερη μαύρη τρύπα από τον Μ87 και περιστρέφεται πολύ πιο γρήγορα από ότι αυτός, οπότε είναι πολύ πιο δύσκολο να πάρεις μια φωτογραφία. Και το παρομοίασε με ένα μικρό παιδί, που δεν υπάρχει περίπτωση να κάτσει ακίνητο για 8 ώρες για να το τραβήξεις μια φωτογραφία, αλλά ο Μ87 είναι πιο ήρεμος και κάθεται. Στην περίπτωση του Sgr A* το EHT χρειάζεται μεγαλύτερη συλλεκτική επιφάνεια, δηλαδή πρέπει να συνδεθούν με το δίκτυο του και άλλα τηλεσκόπια, κάτι το οποίο είναι προγραμματισμένο για το προσεχές μέλλον.
Και Τι Μας Νοιάζει; Ω Μας Νοιάζει!
Η ανακοίνωση αυτή σημαίνει την αρχή μιας νέας εποχής για την αστροφυσική. Της εποχής μετά την πρώτη φωτογραφία μιας μαύρης τρύπας! Και τι μας νοιάζει; Ω μας νοιάζει! Για ακόμα μια φορά επαληθεύεται η θεωρία της σχετικότητας, εκτός των άλλων. Αυτή η θεωρία μέχρι τώρα έχει περάσει όλα τα τεστ, για παράδειγμα στη Γη σε εργαστήρια, στο Γαλαξία μας από την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων και από παρατηρήσεις του Sgr A*, αλλά είναι η πρώτη φορά που επαληθεύεται πειραματικά σε ένα άλλο Γαλαξία, σε ένα ακραίο περιβάλλον, στην περιοχή γύρω από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα!
Οι παρατηρήσεις δε γίνονται στο ορατό της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, εκεί δηλαδή που είναι ευαίσθητα τα μάτια μας. Χρειαζόμαστε παρατηρήσεις που να μπορούν να διαπεράσουν τα μεγάλα ποσά σκόνης που περιβάλλουν το κέντρο ενός γαλαξία. Αυτό επιτυγχάνεται με παρατηρήσεις στα ραδιοκύματα, που διαπερνούν τη σκόνη. Δηλαδή, η σκόνη είναι αόρατη για αυτά. Συγκεκριμένα, το EHT παρατήρησε στα μικροκύματα (1,3 mm) ώστε να διαπεράσει όλα τα εμπόδια, τη σκόνη που περιβάλλει τη μαύρη τρύπα και ιδίως τον δίσκο προσαύξησης και να δει όσο πιο κοντά γίνεται στη μαύρη τρύπα με σκοπό να διακρίνει τη σκιά της.
Τι είναι όμως μια μαύρη τρύπα; Θεωρητικά ένα σημείο στο χώρο με άπειρη πυκνότητα και μηδενικό μέγεθος. Ένα σημείο με τεράστια μάζα που έλκει τα πάντα γύρω του, ακόμα και το ίδιο το φως. Η ύλη που πλησιάζει μια μαύρη τρύπα έλκεται με τέτοιο τρόπο που αρχίζει να περιφέρεται κυκλικά γύρω της. Όπως όταν ρίχνεις νερό σε μια υδρορροή και το βλέπεις να στριφογυρίζει και να χάνεται. Γύρω από τη μαύρη τρύπα δημιουργείται λοιπόν ένας δίσκος, ο λεγόμενος δίσκος προσαύξησης. Η ύλη που βρίσκεται εκεί κάνει το ταξίδι της σε ένα μέρος εντελώς άγνωστο για εμάς, καθώς δεν το έχουμε παρατηρήσει ποτέ!
Το σημείο δίχως επιστροφή λέγεται ορίζοντας γεγονότων. Η ύλη και το φως που περνάει από κει πέφτει μέσα στη μαύρη τρύπα. Σύμφωνα με τον Hawking δε χάνονται όλα καθώς μια μαύρη τρύπα μπορεί να εκπέμψει ακτινοβολία Hawking, αλλά αυτό είναι μια συζήτηση για άλλη φορά.
Βάλτε λοιπόν τα μικροκυματικά γυαλιά σας και ελάτε να σας εξηγήσω τι ήταν αυτό το πορτοκαλί ντόνατ που έγινε viral παγκοσμίως.
Photo: ESO
Αυτό ακριβώς που περιγράφω είναι η φωτογραφία που δόθηκε στη δημοσιότητα στις 10 Απριλίου 2019. Μια φωτογραφία που δείχνει την ύλη που περιφέρεται γύρω από μια μαύρη τρύπα και μια σκοτεινή τρύπα στη μέση. Ο δίσκος προσαύξησης είναι αυτό το έντονο πορτοκαλί στη φωτογραφία. Και το μαύρο και είναι αυτό που οι αστροφυσικοί λένε η σκιά της μαύρης τρύπας. Εκεί μέσα βρίσκεται το σημείο δίχως επιστροφή.
Τι είναι η σκιά; Η σκιά προκαλείται από το φως που κάμπτεται λόγω της βαρύτητας της μαύρης τρύπας και παγιδεύεται στον ορίζοντα γεγονότων. Ο χώρος γύρω από μια μαύρη τρύπα καμπυλώνεται λόγω της βαρύτητας. Έτσι το φως ακολουθεί αυτές τις καμπύλες και κάμπτεται.
Πιο αναλυτικά, βάσει της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, η σκιά δημιουργείται ως εξής: όταν μια ακτίνα φωτός αρχίζει το τελικό ταξίδι της προς τη μαύρη τρύπα και έχει τέτοια ταχύτητα που δεν της επιτρέπει να διαφύγει τη βαρυτική της έλξη, παγιδεύεται από τον ορίζοντα γεγονότων, την τελευταία επιφάνεια πέρα από την οποία δεν μπορεί να ξεφύγει. Χάνεται λοιπόν το φως και στη θέση του μένει μια σκιά. Λόγω της σχετικότητας ακτίνες φωτός από το μπροστινό μέρος της μαύρης τρύπας, όπως το βλέπουμε, κάμπτονται και χάνονται στο πίσω μέρος της. Αυτό μας δίνει τη δυνατότητα μέσω των παρατηρήσεων και σύγκρισης με θεωρητικά μοντέλα να αναπαραστήσουμε την τρισδιάστατη δομή αυτής της επιφάνειας, τον ορίζοντα γεγονότων. Να φτιάξουμε δηλαδή μια φωτογραφία της μαύρης τρύπας με διαστάσεις όσο ο ορίζοντας γεγονότων! Και αυτό είναι τεράστιο κατόρθωμα, αφού με τις παρατηρήσεις του EHT που δόθηκαν στη δημοσιότητα δε μπορούμε να διακρίνουμε τον ορίζοντα γεγονότων.
Βάσει των δημοσιεύσεων της παγκόσμιας συνεργασίας EHT, αυτή η σκιά είναι ό,τι καλύτερο έχουμε μέχρι τώρα σαν φωτογραφία μιας μαύρης τρύπας! Ο ορίζοντας γεγονότων είναι 2,5 φορές μικρότερος από τη σκιά αυτή και έχει διάμετρο μικρότερη των 40 δισεκατομμυρίων χιλιομέτρων ή 267 αστρονομικών μονάδων AU (1 AU = απόσταση Γης-Ηλίου).
Και η φωτεινή περιοχή; Στον Μ87 ο δίσκος προσαύξησης περιστρέφεται δεξιόστροφα (φορά όπως οι δείκτες του ρολογιού). Και βλέπουμε τον δίσκο σχεδόν από πάνω. Με τις παρατηρήσεις στα μικροκύματα μπορούμε να δούμε την περιοχή πολύ κοντά στον ορίζοντα γεγονότων. Αυτό που φαίνεται σαν πορτοκαλί δαχτυλίδι στην φωτογραφία της μαύρης τρύπας είναι πλάσμα που κινείται πολύ γρήγορα πάνω στο δίσκο προσαύξησης, σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Έτσι όταν μας πλησιάζει είναι πιο λαμπρό σα να έχει πολλαπλασιαστεί η φωτεινότητα του λόγω σχετικιστικών φαινομένων, ενώ όταν απομακρύνεται είναι λιγότερο λαμπρό. Πόσο; 10 φορές λιγότερο λαμπρό από αυτό που έρχεται προς τα εμάς. Κάτι ανάλογο για να το καταλάβετε συμβαίνει στον ήχο, όταν ακούμε ένα ασθενοφόρο να πλησιάζει με μεγάλη ταχύτητα, η σειρήνα του ακούγεται πιο δυνατά καθώς πλησιάζει προς εμάς.
Αυτή η ασυμμετρία που παρατηρείται στο δαχτυλίδι γύρω από τη σκιά επαληθεύεται από τη θεωρία της σχετικότητας και περιγράφει πλάσμα (4η κατάσταση της ύλης) που περιφέρεται γύρω από τη μαύρη τρύπα με ταχύτητες πολύ κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Και κάνει 2 μέρες για μια πλήρη περιστροφή γύρω από τη μαύρη τρύπα.
Το εκπληκτικό είναι ότι οι παρατηρήσεις από 4 διαφορετικές ημερομηνίες δείχνουν την ίδια εικόνα, επαληθεύοντας την γνησιότητα των παρατηρήσεων. Η φωτογραφία είναι πραγματική!
Η αλήθεια είναι ότι δεν ξέρουμε τι βρίσκεται πέρα από τη σκιά. Και αυτό λόγω της διακριτικής ικανότητας του EHT, πόσο καλά δηλαδή μπορεί να ξεχωρίσει δύο σημεία στον ουρανό. Με τηλεσκόπια να προστίθενται στο EHT, όπως τα IRAM ΝΟΕΜΑ, Greenland Telescope και Kitt Peak National Observatory (KPNO), οι επιστήμονες πιστεύουν ότι θα καταφέρουν να αυξήσουν τη διακριτική ικανότητα και την απόδοση του τηλεσκοπίου, ώστε να παρατηρήσουν και άλλες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες καθώς και να πάρουν μια ξεκάθαρη εικόνα του Sgr A*.
Τι μας έδειξε λοιπόν αυτή η φωτογραφία; Σαφώς άνοιξε το δρόμο για πειραματική απόδειξη της ύπαρξης ορίζοντα γεγονότων γύρω από μια μαύρη τρύπα. Δεν είναι μια θεωρία, είναι πραγματικότητα. Αυτές οι παρατηρήσεις στα ραδιοκύματα αποτελούν πολύ σημαντικά αποδεικτικά στοιχεία για την ύπαρξη μελανών οπών (οι μαύρες τρύπες αλλιώς) ως πηγές ενέργειας στο κέντρο ενεργών γαλαξιών. Αυτή είναι η πρώτη πειραματική απόδειξη! Και επίσης μας δίνει τη δυνατότητα να μελετήσουμε τη βαρύτητα σε ακραία περιβάλλοντα που δε μπορούσαμε μέχρι πρότινος να το πετύχουμε.
Ηθικό Δίδαγμα
Εντάξει, σίγουρα σαν ανθρωπότητα έχουμε πολλά, πολλά προβλήματα και με τους λάθος χειρισμούς μας τα κάνουμε δυστυχώς χειρότερα (κλίμα, περιβάλλον, σχέσεις κρατών κ.λπ.). Αλλά, ας πάρουμε το πιο βαρυσήμαντο μήνυμα από αυτή τη δημοσίευση, από αυτό το αστροφυσικό milestone.
Αυτό που μας διδάσκει η δημοσίευση της πρώτης φωτογραφίας μιας μαύρης τρύπας είναι ότι με τη συνεργασία και παραμερίζοντας τις όποιες διαφορές μας, η ανθρωπότητα μπορεί να καταφέρει ασύλληπτα πράγματα. Σίγουρα ένα ηθικό δίδαγμα για τους δύσκολους καιρούς που ζούμε. Αν είναι λοιπόν να συγκρατήσετε κάτι από την δημοσίευση της πρώτης φωτογραφίας μιας μαύρης τρύπας ας είναι αυτό. Μαζί μπορούμε να καταφέρουμε τα πάντα!
Η εποχή μετά την πρώτη φωτογραφία της μαύρης τρύπας άρχισε και είμαστε κάτι περισσότερο από ενθουσιασμένοι! Όπως λένε και οι Muse, black holes and revelations!
Μερικά Facts
Την παγκόσμια συνεργασία EHT απαρτίζουν 13 ινστιτούτα (αλφαβητικά):
- Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics
- University of Arizona, the University of Chicago
- East Asian Observatory
- Goethe-Universitaet Frankfurt
- Institut de Radioastronomie Millimétrique
- Large Millimeter Telescope
- Max Planck Institute for Radio Astronomy
- MIT Haystack Observatory
- National Astronomical Observatory of Japan
- Perimeter Institute for Theoretical Physics
- Radboud University
- Smithsonian Astrophysical Observatory
Τα 8 τηλεσκόπια που ήταν μέρος των παρατηρήσεων του 2017:
- Arizona Radio Observatory/Submillimeter-wave Astronomy (ARO/SMT) στην Αριζόνα
- Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) στη Χιλή
- IRAM 30-meter telescope στη Ισπανία
- James Clerk Maxwell Telescope (JCMT) στη Χαβάη
- The Large Millimeter Telescope (LMT) στο Μεξικό
- The Submillimeter Array (SMA) στη Χιλή
- Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) στη Χιλή
- South Pole Telescope (SPT) στην Ανταρκτική
Ινστιτούτα που επεξεργάστηκαν τα δεδομένα σε ειδικούς υπερυπολογιστές (supercomputers):
- Max Planck Institute for Radio Astronomy
- MIT Haystack Observatory
Όγκος δεδομένων που επεξεργάστηκαν: 5 PB ή 5 εκατομμύρια στικάκια του 1GB
Μ87:
- Απόσταση από Γη: 55 εκατομμύρια έτη φωτός
- Μάζα; 6,5 δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες
- Τύπος: ελλειπτικός γαλαξίας με ενεργό πυρήνα και πίδακα (τζετ) σε οπτικό και ραδιοκύματα
Η NASA δεν παρατήρησε την πρώτη φωτογραφία της μαύρης τρύπας που δόθηκε στη δημοσιότητα, αλλά συνέβαλλε σημαντικά στην προσκόμιση σημαντικών δεδομένων μέσω των δορυφόρων της Chandra & NuSTAR.
Πηγές
Astronomers Capture First Image of a Black Hole
