В сряда, 10-ти април 2019 година вероятно ще видим първата снимка на Черна Дупка. Това е денят в който телескопът "Event Horizon" ще покаже резултатите си. Аз все още не съм ги виждал, но смятам че ще изглеждат подобно на това. И мога да бъда доста уверен в това, защото..ами, ще изглежда подобно на замъглено петно направено от чаша.
Но ако сте разочаровани от тази снимка, мисля че пропускате колко изумителна е тя. От тази снимка бихме могли да разберем дали общата теория за относителността правилно предвижда какво се случва около черната дупка и силната ѝ гравитация. Искам да разбера какво точно виждаме в тази снимка.
Ето това е моята измислена Черна дупка на науката.. ..и тази сфера репрезентира "хоризонта на събитията". Казано с други думи, хоризонтът е мястото от което дори светлина, която е изтреляна в противоположна посока, не би могла да бъде засечена от външен наблюдател. Всичката светлина пада в центъра на черната дупка.
Ако попаднете вътре, няма да излезете, дори светлината не може да излезе. Радиусът на хоризонта е познат още като радиусът на Шварцшилд. Ако погледнем към Черна дупка без да има нищо около нея не бихме могли да направим подобна снимка, защото дупката ще погълне всичката електромагнитна радиация.
Но, черната дупка която те наблюдават, и по-специфично тази, която е в центъра на галактиката ни - "Сагитариус а" има материя около нея, формираща пръстен. В този пръстен има прах и газове, които се движат хаотично и е изключително горещо. В случая говорим за милиони градуса, и всичката тази материя се движи изключително бързо
много близо до скоростта на светлината. И именно от тази материя, черната дупка се захранва и става по-голяма с течение на времето. Но може да забележите, че пръстенът не се простира до самият хоризонт. Но защо?
Защото съществува най-вътрешен и стабилен кръгов орбит. И за материята около не-въртяща се черна дупка, този орбит е 3 пъти радиусът на Шварцшилд. По всяка вероятност, черната дупка в центъра на галактиката ни ще се върти. Но за да опростя примера, ще използвам не-въртяща се черна дупка.
Може да изгледате видеото ми за въртящи се черни дупки, ако искате да разберете повече за тях. Това е най-вътрешния орбит за материя, която се движи около Черна дупка. Ако материята влезе в орбита, тя много бързо отива в центъра на черната дупка и повече никога няма да я видим. Но, съществува нещо, което може да орбитира по-близо до черната дупка
и това е, светлината. Тъй като светлината няма собствена маса, тя може да орбитира на разстояние от 1.5 пъти радиусът на Шварцшилд. Визуализирам тази орбита с ето този пръстен, но той може да бъде ориентиран по всякакъв начин. Така че това е като сфера на фотонови орбити.
Ако се намирахте там, разбира се, това е невъзможно, бихте могли да погледнете напред и да видите задната част на главата си, защото фотоните могат да направят пълен орбит. Фотоновата сфера е нестабилен орбит, тоест, с течение на времето фотоните или ще попаднат в хоризонта, или ще бъдат изстреляни навън от него.
Въпросът на който искам да дам отговор, е какво всъщност виждаме, когато погледнем тази снимка на "сянка"? Гледаме ли хоризонта на събитията, или пък фотоновата сфера, или може би най-вътрешната и стабилна орбита? Отговорът е сложен, защото черната дупка изкривява времето и пространството. А това променя посоката на лъчите, така че те не се просто движат в прави линии, както ние бихме си ги представили.
Всъщност, те наистина се движат в прави линии, но времето и пространството биват изкривени и следователно те също се изкривяват. Най-добрият начин да си представим това е да си представим паралелни лъчи светлина, които ние изпращаме и те се сблъскват с геометрията тук. Разбира се, ако тези лъчи преминат през хоризонта на събитията, няма да ги видим повече.
Но ако лъч светлина премине точно над този хоризонт.. ..той също ще бъде изкривен и в последствие ще премине през хоризонта, и ще се озове в черната дупка. Дори да имаме лъч, който да премине на същото разстояние от хоризонта кавото е това на фотонната сфера той също ще бъде изкривен и в последствие ще премине през хоризонта.
Така че за да може лъч светлина да премине до черната дупка без да попада в нея всъщност трябва да е на разстояние от 2.6 пъти радиусът на Шварцшилд Ако лъч светлина премине на това разстояние, той само ще се докосне до фотоновата сфера и след това ще продължи към безкрайността.
А сянката, която получаваме в следствие на това, изглежда ето така. Тя е 2.6 пъти по-голяма от хоризонта на събитията. Но какво всъщност виждаме тук, каква е тази сянка? В центъра ѝ се намира хоризонта. Той се отбелязва много добре върху центъра на сянката.
Но ако се замислим, лъчите светлина, които минават отгоре или отдолу, също преминават през хоризонта, но от задната му страна. И всъщност това, което получаваме като визуализация, е цялата задна страна на хоризонта, който се отбелязва като пръстен върху тази сянка. Така че гледайки от нашата една позиция в космоса към черната дупка ние всъщност виждаме целия хоризонт на събитията на черната дупка.
Може би е малко смешно да твърдим, че го виждаме, защото той е напълно черен. Но това е какво наистина бихме видели върху сянката. Нещата стават дори още по-странни. Тъй като светлината може да заобиколи тази точка и да бъде погълната от предната страна например
получаваме още една снимка на целия хоризонт до първата както и още един пръстен. И след това още една, и още една, и т.н. Получаваме безброй снимки на хоризонта с приближаването на светлината до ръба на тази сянка. А каква е първата светлина, която можем да видим?
Получаваме лъчите светлина, които преминават под точния ъгъл за да се докоснат до фотоновата сфера и след това се връщат обратно в телескопите ни. И те визуализират сянка, която е 2.6 пъти големината на хоризонта на събитията. Това е горе-долу какво бихме видели, ако гледахме перпендикулярно към пръстена на черната дупка.
Но по-вероятно бихме видели пръстена под някакъв произволен ъгъл. Възможно е дори да гледаме точно към ръба му, а в този случай, бихме ли въобще видели сянката на черната дупка? Може би ще предположите, че не бихме могли. Но поради начинът по който черната дупка изкривява времето и пространството, а също така и светлинните лъчи
всъщност виждаме гърба на пръстена. Това се получава, защото лъчите преминават до пръстена и се огъват от горната страна, след което отиват в телескопите ни. А това, което в последствие виждаме, изглежда подобно на това Подобно на това, лъчите, които идват от долната страна на пръстена също се изкривяват от черната дупка
и се визуализират в телескопите ни ето по този начин. И именно поради това получаваме снимка, която изглеждат като черната дупка от филмът "Интерстелар". Но става дори още по-налудничево. Светлина, която излиза от горната страна на пръстена може да заобиколи черната дупка
да се докосне до фотоновата сфера и да излезе от долната страна като се образува много тънък пръстен ето тук, под сянката. По същия начин, светлина, която излиза от долната страна на пръстена може да заобиколи отзад и да излезе от горната страна
и поради това виждаме този пръстен светлина тук. Това е какво бихме могли да видим, ако сме много близо до черната дупка. Нещо, което изглежда напълно изумително. Друг много важен ефект, който трябва да предприемем, е че материята в този пръстен се движи много бързо.
Близо до скоростта на светлината, и ако се движи към нас, ще изглежда много по-ярко от колкото ако се отдалечава от нас. Това се нарича "релативистичен лъч" или познат още като доплеров лъч. И поради това, едната страна на диска ще бъде много по-ярка от другата и именно заради това ще видим ярко петно в снимката ни.
Надявам се това да ви даде представа за това какво реално виждаме, когато гледаме снимка на черна дупка. Ако имате въпроси, моля да ги оставите като коментар и най-вероятно ще направя видео относно публикуването на първата снимка на Черна дупка. и ще се опитам да отговоря на въпросите ви във видеото. Но за сега, надявам се, че ще се насладите на това също толкова, колкото мен
Чисто и просто, тази снимка ни казва адски много, но по-важното е, че потвърждава нашите предположения и изчисления за нещо… което дори не сме виждали!
Замислете се за момент, нашите изчисления, самата науката могат да предположат как функционира тяло с безкрайна плътност, което е на няколко милиона светлинни години от нас. И да, това е ролята на науката, тя предсказва и обяснява феномени.
Самото събитие да получим тази снимка е от изключително постижение, а Дерек от Veritasium ни представя откритието и неговото значение по неговият увлекателен и уникален начин.
