Teadlased valmistuvad esmakordseks musta augu pildistamiseks

Laura Vigel | 31.01.2012

EHT ehk Sündmuste Horisondi teleskoop (The Event Horizon Telescope) on Maa-suurune virtuaalne teleskoop, mis on piisavalt võimas, et näha Linnutee tsentrit, kus sealne supermassiivne must auk annab võimaluse astrofüüsikutel Einsteini üldrelatiivsus teooria testimiseks.

Astronoomid, füüsikud ja teadlased antud teemaga seotud aladelt üle kogu maailma kogunesid 18-20 jaanuaris 2012, et arutada ettevõtmist, mis kõigest mõned aastad tagasi oleks peetud ennekuulmatuks. Konverentsi organiseerijateks olid Dimitrios Psaltis ja Dan Marrone Arizona Ülikooli Stewardi Observatooriumist.

“Keegi ei ole varem suutnud pildistada musta auku” ütles Psaltis. “Seda plaanime meie aga teha.” “Isegi viis aastat tagasi ei oleks selline ettepanek olnud usutav,” lisas Sheperd Doeleman Haystack´i Observatooriumist, kes on peamine EHT investor pärast projekti dubleerimist. “Nüüd on meil aga tehnoloogilised lähenemised sellele.”

Esimesena postuleeritud Albert Einstein’i üldrelatiivsusteooriana, on mustade aukude eksistentsi toetatud kümneid aastaid, mis väärivad vaatlusi, mõõtmisi ja katseid. Kuid siiani pole kunagi suudetud otseselt vaadelda ning kujutada ühte nendest keeristest, mille püstloodne raskusjõud avaldab sellist purustavat jõudu, et väänab ja tükeldab kõik kosmose ning aja koed.

“Mustad augud on kõige eksteemsem keskkond universumis,” ütles Doeleman. Gravitatsiooniväljad musta augu ümber on nii üüratud, et neelavad kõik läheduses oleva endasse; isegi valgus ei suuda seda läbida. Seetõttu nimetataksegi musti auke just niimoodi — nad ei kiirga mittemingisugust valgust.

Seega kuidas teha pilti millestki, mida definitsiooni järgi on võimatu näha. “Enne kui tolmu ja gaasi keerised tõmmatakse augu sisemusse, ilmneb nö. kosmiline liiklusummik”, ütles Doeleman. “Keerlemine ümber musta augu on võrreldav vee tiirlemisega vanni äravoolutorus. Aine surutakse nii tihedalt kokku, et selle tulemusena hõõrdumisel kuumeneb aine miljardite kraadideni plasmaks, pannes seda ‘helendama’ ning kiirgama energiat, mida on võimalik Maal pealt detekteerida.”

Pildistades aine helendumist keerlemisel ümber musta augu enne, kui see läheb üle ääre ning „sukeldub“ aja ning ruumi kuristikku, on teadlased suutnud näha vaid musta augu kontuuri, mida nimetatakse ka varjuks. Kuna füüsika seadused ei kohanda või ei oska kirjeldada seda, mis juhtub selle piiri taga, kust ei ole põgenemis- või tagasiteed isegi valgusel. Seda piirjoont nimetatakse sündmuste horisondiks (event horizon).

“Siiamaani on meil kaudsed tõendid musta augu paiknemisele Linnutee tsentris,” ütles Psaltis, “aga kui me näeme selle varju, pole seal enam mingit kahtlust.”

Kuigi arvatavasti Galaktika tsentris asuv must auk on ülimassiivne, ligi 4 miljoni Päikese massiga, on see astronoomide `silmadele` siiski tibatilluke.

“Selleks, et näha midagi nii väikest nii kaugel, on vaja väga suurt teleskoopi ning suurim teleskoop, mida Maal võimalik teha, on muuta kogu planeet teleskoobiks,” ütles Marrone.

Selle lõpetuseks ühendab kuni 50 raadioteleskoopi, mis on hajutatud üle kogu maakera. Sinna kuuluvad näiteks teleskoobid Mauna Keas Havail, Atacama Suur Millimeeter Teleskoop (ALMA) Tšiilis, Submillimeeter Teleskoop Mt. Grahamis, Kombineeritud Jada Millimeeterlaine Astronoomia Uuringuks Kalifornias (Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy). Globaalne rivi sisaldab erinevaid teleskoope Euroopas, 10-meetrist taldrikut Lõuna Poolusel ja potentsiaalselt 15-meetrilist antenni 4,6 km kõrgusel ühes Mehhiko mäetipus.

“Sisuliselt me teeme virtuaalse teleskoobi peeglitega, mille kogupind on sama suur kui Maa pind,” ütles Doeleman. “Igat raadioteleskoopi, mida me kasutame, võib võtta kui väikest hulka hõbedasi suuri peegleid. Piisava hulga hõbedatud täppidega on võimalik luua kujutis. EHT (Event Horizon Telescope) ei ole esimese-valguse projekt, kus me vajutame lülitit ning lähme koheselt teadmatusest andmeteküllasesse teadmisele. Iga aastaga plaanime parandada pildi teravust, lisades juurde üha enam teleskoope.”

Üheks oluliseks ning pikisilmi oodatud võtme-elemendiks Sündmuste Horisondi ühenduse saavutamisel ülemaailmse raadioteleskoopide võrgustikuga on Atacama Suur Millimeeter Teleskoop (ALMA) Tšiilis. Koosnedes ise 50-st antennist, on ALMA funktioon võrdne 90-meetri diameetriga taldrikuga, mistõttu on seda kutsuma hakatud “tõelise mängu muutjaks.”

“See võimaldab näha , mis tegelikult toimub musta augu horisondi läheduses, mis on kõige tugevama gravitatsioonilise väljaga universumis,” ütles Psaltis. “Keegi pole varem testinud Einsteini üldrelatiivsus teooriat nii tugevatel väljadel.”

Üldrelatiivsuse ennustuste järgi peab hele piirjoon, mis on defineeritud musta augu varjuna, olema kujult perfektne ring. “Kui me avastame, et musta auk on hoopis lapik, tähendab see, et Einsteini üldrelatiivsus teooria on vigane,” ütles Psaltis. “Isegi kui me ei leia kõrvalekallet üldrelatiivsusest, siis kõik need protsessid aitavad meil mõista teooria fundamentaalseid aspekte palju paremini.”

Mustad augud on jäänud kõige vähem mõistetavamaks fenomeniks universumis. Ulatudes massi poolest mõnest kuni miljardite Päikese massideni, esinevad mustad augud galaktikates nagu lahustumatud õlitilgad vees. Enamik, kui mitte kõik galaktikad hoiavad arvatavasti supermassiivset musta auku oma tsentris ning väiksemad on hajutatud läbi ülejäänud ruumi. Teadaolevalt on meie Linnutees umbes 25 väiksemat musta auku, ulatudes 5 kuni 10 Päikese massini.

“Linnutee tsentri puhul on meie jaoks soodne nii suurus kui ka lähedus,” ütles Marrone.“ On suuremaid musti auke kaugemates galaktikates ning on lähemaid, kuid nad on väiksemad. Meie oma on just õige suuruse ja distantsi kombinatsioon.”

Põhjus, miks astronoomid tuginevad raadiolainetel, mitte nähtaval või infrapuna kiirgusel, on mustade aukude kahekorde luuramine. Esiteks, Maa pealt Linnutee vaatlemine nõuab piilumist otse läbi Galaktika tasandi. Raadiolained on võimelised läbima tuhandete valgusaastate-vanuseid tähti, gaasi ja tolmu, mis takistavad vaadet. Teiseks, optilise teleskoobi kombineerimine virtuaalteleskoobiga ei ole teadurite sõnul teostatav.

Ainult väga hiljutised tehnoloogilised eelised on teinud võimalikuks mitte ainult salvestada raadiolaineid täpselt õigel lainepikkustel, kus nad ei häiri veeauru atmosfääris, vaid samuti kindlustab ka ülitäpse ajastamise ühele mõjualale, kus on vajalik kombineerida vaatlused erinevatest teleskoopidest, mis painevad üksteisest tuhandete kilomeetrite kaugusel.

Iga teleskoop salvestab andmed kõvaketastele, mis kogutakse ning toimetatakse füüsiliselt MIT’i Haystack Observatoooriumis asuvasse kesksesse töötluskeskusesse. Raadioteleskoopide kokku toomine üle kogu maailma nõuab võrdselt ka globaalse meeskonna jõupingutusi.

Märksõnad: mustad augud