CUM VOR ARĂTA PRIMELE FOTOGRAFII ALE UNOR GĂURI NEGRE?

Această imagine în formă de semilună se potrivește cel mai bine observațiilor asupra lui Sagittarius A, gaura neagră supermasivă din centrul galaxiei noastre - conform unui studiu din ianuarie 2013. CREDIT: Kamruddin/Dexter

Această imagine în formă de semilună se potrivește cel mai bine observațiilor asupra lui Sagittarius A, gaura neagră supermasivă din centrul galaxiei noastre – conform unui studiu din ianuarie 2013. CREDIT: Kamruddin/Dexter

O gaură neagră gigantă este considerată a se afla în centrul galaxiei noastre Calea Lactee, dar nu a fost niciodată văzută. Acum astronomii oferă o predicție privind cum vor arăta primele fotografii ale unor găuri negre ce vor fi făcute cu o tehnologie care va fi perfectată foarte curând.

În particular – cercetătorii au ajuns la concluzia că acele imagini ale unei găuri negre – mai precis granițele acestora – vor avea o formă de semilună – mai degrabă decât forma de pată de cerneală ce este de obicei promisă.

Prin modelarea aspectului probabil al acestor imagini, cercetătorii spun să se pregătesc să interpreteze fotografiicel ce vor deveni curând disponibile prin intermediul telescoapelor aflate acum în construcție.

”Nimeni nu a reușit să surprindă o imagine a unei găuri negre”, a precizat Ayman Bin Kamruddin, student la Universitatea Berkeley din California, care a prezentat un poster al cercetării acum două săptămâni, la Long Beach – California – la a 221-a intâlnire a Societății Astronomice Americane. ”Până acum a fost imposibil pentru că găurile negre sunt prea mici pe cer. Chiar acum obținem ceva detalii despre structură, dar nu avem încă o imagine”.

Găurile Negre sunt invizibile în sine, desigur, deoarece nici chiar lumina nu poate scăpa din capcanele sale gravitaționale. Cu toate acestea, granițele unei găuri negre – punctul fără întoarcere numit orizontul evenimentului – ar trebui să fie vizibil prin radiația emisă de materia prăbușită în gaura neagră.

”Împrejurimile imediate ale unei găuri negre au o mulțime de evenimente fizice interesante ce se derulează acolo și sunt emițătoare de lumină”, a spus Kamruddin. ”Tehnic vorbind, nu vedem exact gaura neagră, dar obținem o rezolvare efectivă a orizontului evenimentului”.

Un nou proiect numit ”Event Horizon Telescope” combină puterea de rezoluție a numeroase antene ale unei rețele mondiale de telescoape radio pentru a ”vedea” obiecte care altfel ar fi prea mici pentru a le urmări.

”Telescopul Event Horizon este primul instrument capabil să rezolve scalări comparabile cu dimensiunea unui orizont al evenimentului unei găuri negre”, a precizat colaboratorul lui Kamruddin la Universitatea Berkeley, astronomul Jason Dexter. ”Există o șansă destul de mare să obținem primele asemenea imagini în următorii cinci ani”.

Telescopul Event Horizon deja a obținut câteva măsurători preliminare ale obiectului numit Sagittarius A din, situat în centrul galaxiei Calea Lactee.

Kamruddin și Dexter au comparat aceste informații cu diverse modele fizice și au găsit că imaginile se potrivesc cel mai bine sunt cele cu aspect de semilună, mai degrabă de cât formele ciculare cumite ”Gaussiene asimetrice” ce au fost folosite anterior în modele.

Forma de semilună iese din gogoașa plată, numită disc de acumulare, format din materia ce orbitează o gaură neagră în drumul său spre prăbușire. Pe măsură ce gazul se rotește în jurul găurii negre, o parte a discului devine vizibilă dinspre Terra și lumina sa devine mai strălucitoare datorită unui proces numit pulsare Doppler. Cealaltă parte, reprezentând gazul îndepărtat, devine mai vagă, datorită acestui efect.

În centrul semilunei este un cerc întunecat numit umbra găurii negre, care reprintă gaura neagră în sine – un obiect incredibil de dens, unde spațiiul-timpul are proprietăți speciale.

”Există un fenomen de îndoire extremă a luminii datorată relativității generale și câmpului gravitațional extrem de puternic”, spune Kamruddin.

Cunoscând că acest modelu de semilună se potrivește cel mai bine cu informațiile culese – cercetătorii pot alege între diferitele modele ce descriu fizica evenimentelor din jurul găurii negre. În cele din urmă astronomii speră să poată utiliza primele fotografii ale obiectului Sagittarius A pentru a putea estima masa gingantei găuri negre din centrul galaxiei noastre.

”Chiar și numai obținerea unei imagini în sine este extraordinară”, a spus Kamruddin. ”Aceasta va oferi confirmarea directă a evenimentului orizontului, care a fost prezis dar nimeni de fapt nu l-a văzut. Posibilitatea de a-l vedea s-ar putea concretiza în modificarea puțin a manualelor de fizică”.

 Sursa: Space.com

 

Observatorul stratosferic al NASA – SOFIA – va ajuta la dezlegarea misterelor galaxiei noastre

Cum a fost posibil ca milioane de stele tinere să se formeze în centrul galaxiei noastre Calea Lactee, în prezența unei găuri negre enorme, cu masa de 4 milioane de ori mai mare ca a soarelui nostru? Acesta și alte subiecte importante își vor găsi răspuns în cadrul misiunii SOFIA a NASA, care este programată să realizeze în lunile următoare primele măsurători științifice.

SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy – Observator stratosferic pentru Astronomia în infraroșu), un avion liner cu reacție 747SP modificat, este cel mai mare observator aerian din lume. Acesta va zbura în stratorsferă, la o altitudine de aproape 14 kilometri, trei sau patru nopți pe săptămână, pentru următorii 20 de ani, rezultând probabil peste 2800 de zboruri. Misiunea telescopului infraroșu este să detecteze mai degrabă radiația fierbinte decât lumina vizibilă. Condus de piloți ai NASA, cele mai multe croaziere ale acestui telescop zburător vor avea durata între 8 și 10 ore, fiecare.

Telescopul SOFIA va oferi cea mai clară panoramă a centrului galaxiei noastre Calea Lactee în lungimi de undă din regiunea infraroșu a spectrului electromagnetic, cu o sensibilitate de 50 și până la 100 de ori mai mare față de aceea a ochiului uman. Aceste lungimi de undă nu reușesc să pătrundă în atmosfera noastră, dar telescopul SOFIA poate detecta această energie infraroșie invizibilă pentru că zboară deasupra zonei cu vapori de apă din atmosferă.

Mare parte a radiaţiei din regiunea situată în vecinătatea găurii negre şi a centrului galactic, aflată la 26.000 de ani depărtare, este emisă pe aceste lungimi de unde. Milioane de stele tinere, grupate foarte apropiat în această regiune, sunt estompate de către enorme cantităţi de praf dar pot fi uşor observate în infraroşu, deoarece lumina în infraroşu poate penetra praful. Aici se produc mai multe formări de stele decât oriunde altundeva în galaxie.

„Vom privi către centrul galaxiei, atât cât vom putea”, a precizat Eric Becklin, profesor emerit în fizică şi astronomie de la UCLA şi consultant ştiinţific şef pentru SOFIA. „Cu SOFIA, vom culege informaţii pe care nu le-am putea obţine în nici un alt mod”.

Tehnologia infraroşu a SOFIA depăşeşte cu mult pe cea utilizată anterior de telescopul aerian al NASA, respectiv KUIPER, primul laborator astronomic aerian din lume, care a realizat peste 1400 de zboruri prin atmosfera superioară a Pământului, între anii 1975-1995.

„Inovaţia la SOFIA o reprezintă noua instrumentaţie. SOFIA are cateva sute de detectori de imagine în infraroşu şi un telescop de 2,5 metri. În comparaţie, KUIPER avea cam 20 de detectori de imagine infraroşu şi un telescop de 0,9 metri. Abilitatea noastră de a face ştiinţă în stratosferă a crescut substanţial, SOFIA fiind un observator perfecţionat”, a mai spus Becklin.

Calea Lactee are un centru galactic relativ mic, după Becklin, care notează că în timp ce găurile negre din centrul altor galaxii pot avea mase de miliarde de ori mai mari ca a soarelui nostru, cea din centrul galaxiei noastre are numai 4 milioane de mase solare.

„SOFIA ne oferă oportunitatea de a înţelege fizica fenomenor ce au loc acolo, studiindu-le în detaliu”, a continuat Becklin. „Eu cred că vom putea realiza foarte bine această cercetare cu SOFIA”.

Studiile realizate de cercetătorii de la UCLA au dezvăluit că formarea stelelor se realizează în prezenţa imediată a unei găuri negre supermasive.

„Presupunerea anterioară a fost că proximitatea unei găuri negre va face imposibilă formarea unei stele, că forţele mareice nu vor permite colapsul unui nor de gaz şi praf pentru a forma o stea. Dar acest lucru totuşi se întâmplă, la numai un an lumină distanţă de gaura neagră”, a afirmat Mark Morris, profesor de fizică şi astronomie la UCLA şi co-preşedinte al comitetului director ştiinţific al misiunii SOFIA, care va participa la zborurile preconizate. „Încercăm să înţelegem, prin observaţii ce utilizează deopotrivă lungimi de undă scurte şi lungi în infraroşu, ce se întâmplă cu praful şi şi gazul stelar de o manieră care să permită formarea unei stele. Avem deja câteva idei.”

Stelele din apropierea găurii negre pot fi observate de la sol pe lungimi de undă mai scurte – de la observatorul W.M, Keck, din Hawaii, spre exemplu, dar studierea prafului emis de către radiaţia de la aceste stele necesită lungimi de undă mai mari, în infraroşu.

„Praful este materia din care sunt formate stelele şi, deopotrivă, materia din care noi suntem formaţi”, afirmă Becklin. „Înţelegerea modului în care stelele se formează în prezenţa prafului şi a gazului este foarte importantă şi ne conduce către cunoaşterea formării propriului sistem solar şi a răspunsului la întrebarea legată de prezenţa noastră pe Terra. Praful şi gazul sunt carămizile de bază ale planetelor şi ale biosferei noastre. Sunt extrem de importante”.

”Nu putem observa planete în centrul galactic – acesta este mult prea departe – dar putem vedea praf în jurul stelelor nou născute și știm că praful este destinat formării planetelor”, a mai precizat Morris. ”Noi putem studia praful și să vedem din ce este compus, iar cunoscându-i compoziția și mărimea granulară, putem modela istoria revoluționară a prafului și îi putem determina grosimea. Mare parte din energia sosită din centrul galactic provine de la praf. Praful absoarbe lumina solară și o re-emite ca și energie în infraroșu; acesta este motivul pentru care observațiile noastre sunt concentrate pe spectrul infraroșu.”

Cantitatea de praf din centrul galactic, cu o întindere de peste 500 de ani lumină, cuprinde probabil un milion de mase solare, a precizat Morris.

”Aș dori să înțeleg care este efectul produs de către gaura neagră asupra stelelor tinere și care este mecanismul conducător acolo”, a adăugat Becklin. ”Noi credem că este materia ce cade în gaura neagră, dar aș dori să știu dacă putem cuantifica și înțelege formarea stelelor și cum ajung stelele foarte tinere să se formeze în această regiune; vorbim de un puzzle astronomic nerezolvat de multă vreme”.

”Formarea stelelor în această regiune este diferită față de alte zone din galaxie pentru că aici gazul este mult mai turbulent, mai fierbinte și mai dens decât în colțul nostru de galaxie, de pildă.”, a spus Morris.

”Oare norii de gaz interstelar formează stele sau se disipează? Depinde de cât de multă energie se află în nor”, răspunde Morris, care precizează că SOFIA va măsura conținutul energetic al mediului interstelar, gazul și praful care inundă spațiul interstelar.

”SOFIA poate face ceva ce puține alte observatoare pot realiza și acest ceva este studiul câmpurilor magnetice”, a spus Becklin. ”Există foarte multe fenomene care se produc chiar în centrul galaxiei și pe care noi nu le înțelegem foarte bine. Aceasta este zona în care Marc (Morris) a făcut multă cercetare. SOFIA poate surprinde câmpurile magnetice din regiunile centrului galactic, acolo unde este praf. Cred că platforma noastră este unica ce plănuiește să facă asemenea măsurători.”

Formarea stelelor este puternic afectată de prezența unui câmp magnetic. Un câmp magnetic destul de puternic poate preveni colapsul unui nor pentru a forma o stea, a explicat Morris.

”Nu știm aproape nimic despre câmpurile magnetice, decât că există o prezență magnetică puternică în centrul galactic. Dorim să știm cât de puternic este acest câmp magnetic și ce fel de efecte produce”.

Becklin și Morris speră de asemenea să afle care sunt sursele energetice ale centrului galactic, și cum acele surse energetice pătrund prin mediul interstelar, inclusiv praful și sunt radiate departe către restul universului.

SOFIA, care decolează de la Centrul de Operațiuni Aeriene al Dryden al NASA, din Palmdale, Calif, poate duce la bord 10-15 oameni într-o cabină presurizată, separată de telescop. SOFIA este un program de cooperare între NASA și Centrul Aerospațial German (DLR)

Mai multe informații despre acest program:  www.sofia.usra.edu.

Sursa: ScienceDaily (Aug. 25, 2010)