Βρισκόμαστε στην εποχή που παράγονται πολύ περισσότερες πληροφορίες από όσες μπορούμε να καταναλώσουμε. Και σα να μην έφτανε αυτό, ο τρόπος με τον οποίο τα περισσότερα μέσα ενημέρωσης προσεγγίζουν επιστημονικά θέματα καταλήγει στο να είναι αποπροσανατολιστικός και να αφήνουν τον αποδέκτη της είδησης με περισσότερα ερωτήματα από όσα είχε πριν την «ενημέρωσή» του από αυτά τα μέσα

Αυτά τα λέμε με αφορμή την περίφημη φωτογραφία της μαύρης τρύπας. Θα προσπαθήσουμε όσο μπορούμε πιο σύντομα και απλά να απαντήσουμε στα εξής ερωτήματα:

Α. Τι είναι οι μαύρες τρύπες

Β. Πώς συμπεριφέρεται μια μαύρη τρύπα

Γ. Ποια είναι η μαύρη τρύπα που φωτογραφήθηκε

Δ. Είναι πραγματική φωτογραφία;

Ε. Πώς προέκυψε η φωτογραφία αυτή

ΣΤ. Τι δείχνει αυτή η φωτογραφία

Ζ. Ποια η αξία αυτής της φωτογραφίας

 

Α. Τι είναι οι μαύρες τρύπες

Οι μαύρες τρύπες είναι ακριβώς το αντίθετο από αυτό που υποδηλώνει το όνομά τους. Πιο συγκεκριμένα, είναι πολύ πυκνές συγκεντρώσεις ύλης και είναι τα απομεινάρια αστεριών πολύ μεγάλης μάζας (δεκάδες φορές μεγαλύτερης από τη μάζα του Ήλιου).

 

Τα αστέρια αυτά, φτάνοντας στο τέλος της ζωής τους, καταρρέουν κάτω από το ίδιο τους το βάρος. Καθώς δεν υπάρχει πια η ενέργεια που αντιστάθμιζε μέχρι τότε τη βαρύτητά τους, οι αστέρες αυτοί συρρικνώνονται σε μια πολύ μικρότερη περιοχή από αυτή που κατείχαν προηγουμένως και το αποτέλεσμα είναι ο σχηματισμός ενός σώματος με τεράστια πυκνότητα μάζας, η οποία δημιουργεί ένα βαρυτικό πεδίο τόσο ισχυρό, ώστε ούτε το φως να μην μπορεί να διαφύγει.

Εκτός από τις συνήθεις μαύρες τρύπες, οι οποίες έχουν μάζα το πολύ μερικές δεκάδες φορές μεγαλύτερη από αυτήν του Ήλιου, υπάρχουν και οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που βρίσκονται στα κέντρα των γαλαξιών και έχουν μάζες εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερες από του Ήλιου. Η αιτία δημιουργίας τους είναι ακόμη άγνωστη.

 

Β. Πώς συμπεριφέρεται μια μαύρη τρύπα

Μια μαύρη τρύπα, όπως προαναφέραμε, είναι μια περιοχή με τεράστια πυκνότητα μάζας, που έλκει τα πάντα γύρω της, 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 αδειάζει το νερό σε μια μπανιέρα, στριφογυρίζει και χάνεται. Έτσι, γύρω από τη μαύρη τρύπα, δημιουργείται ένας δίσκος, ο λεγόμενος δίσκος προσαύξησης.

 

blackhole 2

 

Ορίζοντας γεγονότων της μαύρης τρύπας ονομάζεται η νοητή σφαίρα μέσα από την οποία δεν μπορεί να ξεφύγει τίποτα, συμπεριλαμβανομένου και του φωτός. Ο ορίζοντας γεγονότων είναι, με απλά λόγια, το σημείο χωρίς επιστροφή. Η ύλη και το φως που θα βρεθεί μέσα σε αυτόν, πέφτει μέσα στη μαύρη τρύπα

Σύμφωνα με τη γενική θεωρία της σχετικότητας, η βαρύτητα ερμηνεύεται ως η καμπύλωση του χώρου και του χρόνου γύρω από μεγάλες συγκεντρώσεις ύλης. Όπως όταν έχουμε ένα τεντωμένο σεντόνι που καμπυλώνει όταν τοποθετήσουμε κάποιο βαρύ αντικείμενο στο κέντρο του, έτσι καμπυλώνει και ο χώρος γύρω από ένα αστέρι, έλκοντας με αυτό τον τρόπο άλλα γειτονικά σώματα, όπως οι πλανήτες.

Στην περίπτωση της μαύρης τρύπας, από τον καμπυλωμένο χώρο δε γλιτώνει ούτε το φως. Μακριά από τη μαύρη τρύπα, μία ακτίνα φωτός διαδίδεται ευθύγραμμα στο επίπεδο σεντόνι του χώρου. Όσο όμως το φως πλησιάζει την μαύρη τρύπα, η τροχιά του καμπυλώνεται όλο και περισσότερο, ακολουθώντας το παραμορφωμένο σεντόνι του χώρου γύρω από τη μαύρη τρύπα.

 

interpretation original

 

Το αποτέλεσμα αυτού του φαινομένου είναι εντυπωσιακό καθώς, λόγω της τεράστιας καμπύλωσης της τροχιάς του, μπορούμε να δούμε ακόμη και φως που εκπέμπεται πίσω από τη μαύρη τρύπα!

 

Γ. Ποια είναι η μαύρη τρύπα που φωτογραφήθηκε

Η μαύρη τρύπα που φωτογραφήθηκε είναι η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα που βρίσκεται στον γαλαξία Messier 87 ή Α της Παρθένου. Έχει μάζα 6,5 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από την μάζα του Ήλιου και διάμετρο 40 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα (τρία εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τη Γη). O γαλαξίας Μ87 απέχει 52 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη και έχει ακτίνα 60.000 έτη φωτός (για σύγκριση, ο δικός μας γαλαξίας έχει ακτίνα γύρω στα 100.000 έτη φωτός)

 

Δ. Πρόκειται για πραγματική φωτογραφία;

Δεν είναι φωτογραφία με την κλασσική έννοια του όρου. Δηλαδή, η εικόνα που λάβαμε δεν είναι αποτύπωση ορατής ακτινοβολίας πάνω σε φωτοευαίσθητη επιφάνεια. Η ορατή ακτινοβολία δε θα μπορούσε να διαπεράσει τα μεγάλα ποσά σκόνης που περιβάλλουν το κέντρο ενός γαλαξία. Για το λόγο αυτό, δεν χρησιμοποιήθηκαν οπτικά τηλεσκόπια, αλλά ραδιοτηλεσκόπια. Τα ραδιοτηλεσκόπια ανιχνεύουν ραδιοκύματα, τα οποία μπορούν να διαπεράσουν τη γαλαξιακή σκόνη, όμως δεν είναι ορατά στο μάτι. Παρόλα αυτά, με μια κατάλληλη «μετάφραση» μπορούν να μετατραπούν σε εικόνα. Αυτό που φαίνεται λοιπόν στη φωτογραφία, δεν είναι αυτό που θα έβλεπε το ανθρώπινο μάτι μέσα από ένα οπτικό τηλεσκόπιο. Είναι τα ραδιοκύματα που εκπέμπονται από την περιοχή γύρω από τη μαύρη τρύπα «μεταφρασμένα» κατάλληλα, έτσι ώστε να έχουμε μια «εικόνα» τους. Πώς είναι για παράδειγμα ένα υπερηχογράφημα εμβρύου; Δεν είναι κανονική φωτογραφία, αλλά μας δίνει μια οπτική εικόνα του εμβρύου.

 

Ε. Πώς προέκυψε η φωτογραφία αυτή;

Μπορεί η μαύρη τρύπα που επιλέχθηκε να ήταν τεράστια, όμως τεράστια είναι και η απόστασή της από τη Γη. Τόσο μεγάλη, που για να μπορέσουμε να την διακρίνουμε θα χρειαζόμασταν ένα ραδιοτηλεσκόπιο του οποίου η παραβολοειδής κεραία (το «πιάτο» όπως συνηθίζουμε να λέμε) έπρεπε να έχει διάμετρο ίση με τη διάμετρο της Γης!

Το πρόβλημα αυτό ξεπεράστηκε με μία τεχνική που ονομάζεται συμβολομετρία μεγάλης βάσης ή Very Long Baseline Interferometry (VLBI). Με την τεχνική αυτή, χρησιμοποιούνται πολλά μικρότερα τηλεσκόπια, που βρίσκονται σε διάφορες τοποθεσίες, και τα οποία ενώνονται σε ένα δίκτυο. Έτσι δημιουργείται ένα εικονικό τηλεσκόπιο, του οποίου η επιφάνεια είναι όση η απόσταση των πιο απομακρυσμένων τηλεσκοπίων. Με την τεχνική αυτή, δημιουργήθηκε το εικονικό υπερτηλεσκόπιο Event Horizon, το οποίο είναι ισοδύναμο με ένα ραδιοτηλεσκόπιο στο μέγεθος της Γης.

 

black hole map ONLINE

 

Για να επιτευχθεί το επιθυμητό αποτέλεσμα απαιτήθηκε τέλειος συγχρονισμός μεταξύ των τηλεσκοπίων. Ο συγχρονισμός αυτός γινόταν με ατομικά ρολόγια που διέθετε το κάθε τηλεσκόπιο. Τα τηλεσκόπια αυτά άρχισαν να συλλέγουν δεδομένα από τον Απρίλιο του 2017 και δύο χρόνια αργότερα είχαν συλλέξει 5 εκατομμύρια gigabyte δεδομένων. Τα δεδομένα αυτά συγκεντρώθηκαν, επεξεργάστηκαν και έδωσαν την περίφημη φωτογραφία

 

ΣΤ. Τι δείχνει αυτή η φωτογραφία

Όπως αναφέραμε και προηγουμένως, από το ισχυρότατο βαρυτικό πεδίο της μαύρης τρύπας δεν μπορεί να διαφύγει ούτε το φως. Για να δούμε ένα αντικείμενο, πρέπει να φτάσει στα μάτια μας φως που προέρχεται από το αντικείμενο αυτό. Αφού η μαύρη τρύπα παγιδεύει ακόμη και το φως, δεν μπορούμε να την δούμε.

Παρόλα αυτά, μπορούμε να ανιχνεύσουμε φως το οποίο οριακά διαφεύγει από το βαρυτικό πεδίο της μαύρης τρύπας, περνώντας πολύ κοντά από τον ορίζοντα γεγονότων. Το φως αυτό σχηματίζει έναν δακτύλιο γύρω από τη μαύρη τρύπα και αυτό είναι το έντονο πορτοκαλί δαχτυλίδι που φαίνεται στη φωτογραφία.

 

m87 black hole first image

 

Η ακτινοβολία αυτή προέρχεται από πλάσμα που κινείται πολύ γρήγορα, σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Το πλάσμα είναι η τέταρτη κατάσταση της ύλης (οι υπόλοιπες τρεις είναι η στερεή, η υγρή και η αέρια). Το πλάσμα σχηματίζεται όταν ένα αέριο γίνει πολύ θερμό με αποτέλεσμα ηλεκτρόνια να ξεφύγουν από το άτομό τους και να γίνονται ελεύθερα. Το πλάσμα αποτελείται επομένως από ελεύθερα ηλεκτρόνια και ιόντα (άτομα ή μόρια που έχουν χάσει ή αποκτήσει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια

Στο πορτοκαλί δαχτυλίδι παρατηρούμε μια διαφορά στη φωτεινότητα. Το τμήμα που φαίνεται πιο λαμπρό είναι αυτό που κινείται προς την κατεύθυνσή μας, ενώ το λιγότερο λαμπρό τμήμα είναι αυτό που απομακρύνεται από εμάς. Αυτό οφείλεται στο φαινόμενο Doppler. Κάτι ανάλογο συμβαίνει και στον ήχο, όταν ακούμε ένα ασθενοφόρο να μας πλησιάζει με μεγάλη ταχύτητα. Η σειρήνα του ακούγεται πιο διαπεραστική όταν μας πλησιάζει και λιγότερο διαπεραστική όταν αρχίσει να απομακρύνεται από εμάς

blackhole 1

 

Το μαύρο που φαίνεται στο κέντρο της φωτογραφίας είναι η ίδια η μαύρη τρύπα. Αν θέλουμε να είμαστε απόλυτα ακριβείς, η μαύρη τρύπα είναι αυτό που δεν φαίνεται. Είναι ο μαύρος χώρος στο εσωτερικό του ορίζοντα γεγονότων.

 

Ζ. Ποια η αξία αυτής της φωτογραφίας

Η φωτογραφία αυτή αποδεικνύει την ύπαρξη των μαύρων τρυπών και του ορίζοντα γεγονότων. Επιπλέον, αποτελεί ακόμη μία απόδειξη της θεωρίας της σχετικότητας του Einstein, η οποία - ανάμεσα σε όλα τα άλλα - προβλέπει και την ύπαρξη των μαύρων τρυπών.