Di tengah-tengah galaksi yang dikenali sebagai Messier 87, kira-kira 55 juta tahun cahaya jauh, kira-kira yang mana semua orbit galaksi, terdapat raksasa: lubang hitam supermasif. Dengan kira-kira 6.5 bilion kali jisim matahari, lubang hitam di pusat M87 sangat padat sehingga halaju melarikan diri, atau halaju yang diperlukan untuk melepaskan graviti objek, adalah lebih dari kelajuan cahaya. Oleh itu, tidak semestinya foton cahaya dapat melarikan diri apabila mereka bersiar-siar terlalu dekat.
Tetapi jangan biarkan nama "lubang hitam" menipu anda. "Semacam paradoks alam semula jadi, lubang hitam, yang tidak membolehkan cahaya melarikan diri, adalah beberapa objek paling terang di alam semesta, " kata Shep Doeleman, seorang penyelidik kanan dengan Pusat Harvard-Smithsonian untuk Astrophysics dan pengarah projek Event Horizon Telescope (EHT), usaha antarabangsa untuk secara langsung imej lubang hitam supermasif dengan teleskop di seluruh dunia.
Hari ini, projek EHT, termasuk lapan pemerhatian dan lebih 60 institusi saintifik di lebih daripada 20 buah negara, mengeluarkan imej pertama lubang hitam. "Ini adalah kali pertama saya melihat imej ini sekarang, " kata Perancis Córdova, pengarah National Science Foundation (NSF), pada sidang akhbar di National Press Club. "Dan ia membawa air mata ke mata saya. Ini adalah perkara yang sangat besar. "
Enam kertas saintifik juga diterbitkan hari ini dalam Jurnal Astrophysical, memperincikan pemerhatian langsung pertama dari lubang hitam.
Walaupun cahaya tidak dapat melepaskan lubang hitam itu sendiri, sejenis sempadan mengelilingi setiap lubang hitam, yang dikenali sebagai cakrawala acara. Apa-apa perkara yang mengembara melampaui cakrawala acara dimakan oleh lubang hitam, tetapi sebagai gas meletus tepat di luar cakrawala acara, mereka dipanaskan hingga ratusan bilion darjah, memancarkan sejumlah besar sinaran di seluruh galaksi. Keluasan peristiwa di sekitar lubang hitam M87 adalah kira-kira 1.5 cahaya hari di seluruh, atau kira-kira 40 bilion kilometer, kira-kira saiz yang sama seperti sistem suria kita.
"Apa yang anda harapkan jika anda melihat lubang hitam supermasif di pusat galaksi, dan kami berfikir bahawa ia wujud di pusat-pusat galaksi yang paling, adalah bahawa graviti sengit menarik gas di sekitar ke arah lubang hitam, dan ia memanaskan up, "kata Doeleman. "Anda cuba memampatkan banyak gas ke dalam jumlah terkecil yang dapat anda bayangkan ... dan semua gas yang sangat panas itu memancarkan [cahaya]."
Setelah bertahun-tahun perancangan oleh lebih daripada 200 saintis antarabangsa, data itu dikatakan menunjukkan imej pertama lubang hitam siap. Pasukan mengumpulkan untuk mendedahkan besar-ini adalah momen seismik dalam astrofizik.Pemerhatian lubang hitam di pusat M87 mendedahkan bahawa ia berputar mengikut arah jam. Di bahagian bawah imej, di mana cincin cahaya lebih cerah, putaran lubang hitam bergerak ke arah kami, manakala bahagian cincin di bahagian atas imej bergerak jauh.
Mengambil gambar gas yang terbakar di sekeliling lubang peristiwa lubang hitam, yang mana ahli astronomi panggil "bayangan" lubang hitam atau "siluet" itu, telah membuktikan tiada tugas mudah. Lubang hitam M87 berada di pusat galaksi, terselubung di belakang bintang-bintang terang dan gas dan debu yang besar. Untuk menangkap foton cahaya yang berjaya melarikan diri dari lubang hitam besar supermassive, ditarik ke arah ufuk peristiwa sebelum terbang 55 juta tahun cahaya melalui M87 dan melintasi ruang intergalaktik ke Bumi, para astronom telah menghubungkan beberapa radio yang paling berkuasa Teleskop yang pernah dibina untuk, dalam erti kata, membina teleskop saiz Bumi.
"Terdapat bidang khas yang disebut Interferometry Baseline Sangat Panjang, di mana anda mengikat hidangan radio di seluruh dunia, dan anda mendapat pembesaran yang sangat tinggi, " kata Doeleman. Observatori astronomi radio, dari Teleskop Kutub Selatan ke Teleskop Greenland, telah menyumbang atau akan menyumbang kepada EHT. "Dengan teknik VLBI, di mana anda membuat teleskop seluruh Bumi, anda perlu menghubungkan hidangan di kedua-dua belah Bumi bersama menggunakan rangkaian jam atom, dan itulah yang kami lakukan."
Event Horizon Telescope mengumpul data untuk imej lubang hitam pertama pada tahun 2017. Dengan menggunakan jam atom untuk menyelaraskan pemerhatian pada masa, dan superkomputer untuk menyusun petabytes data, saintis dapat mencapai resolusi teleskop berukuran bumi-tetapi bukan keupayaan mengumpul cahaya, jadi teknik ini hanya boleh digunakan untuk memerhatikan objek yang sangat terang. VLBI hanya boleh mengumpul gelombang radio di permukaan piring, yang sentiasa berputar dengan Bumi, mengawasi pusat M87.
Atmama Besar Millimeter / submillimeter Array (ALMA), yang terletak di utara Chili, dengan Bima Sakti kelihatanESO / Y. Beletsky di langit. ALMA adalah radio yang paling berkuasa di rangkaian Teleskop Horizon Acara. (ESO / Y. Beletsky) "Anda boleh memikirkan teleskop ini sebagai bit kecil perak pada cermin berukuran Bumi, dan ketika mereka bergerak, mereka menguraikan helaian reflektifitas, dan oleh itu anda membuat tenunan bersama, atau berputar, sebuah teleskop bersaiz bumi-hampir membina web seperti labah-labah, "kata Doeleman.
Teleskop mengumpul gelombang radio frekuensi yang sangat tinggi (EHF), hampir cahaya inframerah pada spektrum elektromagnet, dengan panjang gelombang 1.3 milimeter. Kekerapan adalah "sempurna" untuk membuat perjalanan luas dari tepi lubang hitam ke piring radio kami, kata Doeleman. Observatorinya biasanya berpaling ke arah M87 pada waktu malam, dan pada bulan-bulan bulan Mac dan April, apabila wap air atmosfer berada di tahap terendah mereka.
Event Horizon Telescope juga telah mengamati Sagittarius A *, lubang hitam supermasif di pusat galaksi kita sendiri, Bima Sakti. Sagittarius A * (disebut "Sagittarius A-star") adalah lubang hitam supermasif yang kurang aktif daripada yang di pusat M87. Terletak di sekitar 26, 000 tahun cahaya, Sagittarius A * cukup kecil yang kelihatan seperti saiz yang sama di langit sebagai jauh lebih jauh M87.
Ramai saintis percaya bahawa lubang hitam masuk akal di alam fizik teori, tetapi tidak dapat benar-benar wujud dalam kehidupan sebenar. Menangkap imej lubang hitam akan mengubah semua itu.Sebagai tambahan kepada cakrawala acara bersinar di sekeliling lubang hitam M87, objek itu melepaskan jet bahan dari tiangnya keluar ke ruang angkasa. "Anda mendapatkan jet ini zarah relativistik, kerana sudah tentu ia sangat sangat bertenaga, yang boleh mengalir untuk puluhan ribu cahaya tahun, " kata Doeleman. "Mereka boleh pergi ke seluruh galaksi, dan itu adalah pembebasan tenaga pada skala galaksi yang boleh mengubah cara keseluruhan galaksi kelihatan."
Tenaga jet yang mengalir dari lubang hitam supermasif ditentukan oleh betapa banyak perkara yang dimakan oleh lubang hitam serta putaran, medan magnet dan sifat-sifat lain. "Jet membawa bersamaan dengan 10 bilion supernova dalam tenaga, " kata Sera Markoff, ahli ahli sains EHT dan seorang profesor di University of Amsterdam, pada sidang media. "Ini sinkhole bizzare dalam kain ruang-masa mempunyai banyak kesan pada mereka sendiri, " kata Markoff. Apabila lubang hitam memancarkan sejumlah besar tenaga, ia menghalang gas di sekeliling cakrawala acara dari membentuk bintang-bintang baru, yang menghantui pertumbuhan galaksi.
Di tengah-tengah lubang hitam, menurut teori relativiti umum Einstein, adalah titik singularitas di mana semua benda objek dikondensasikan ke dalam jumlah yang sangat kecil sehingga ketumpatan pada dasarnya tidak terhingga. Pada ketika ini, undang-undang fizik yang diketahui dipercayai merosot. Walau bagaimanapun, lebih dekat lagi, saintis akan menyiasat bentuk siluet lubang hitam untuk menguji undang-undang relativiti.
"Saya harus mengakui bahawa saya sedikit terkejut bahawa ia hampir menyamai ramalan yang telah kami buat, " kata Avery Broderick, ahli astrofizik dengan EHT dan profesor bersekutu di University of Waterloo, pada sidang media. "Ia memuaskan tetapi juga sedikit menjejaskan."
Bentuk cahaya di sekitar lubang hitam, yang dikenali sebagai cincin foton di mana orbits cahaya pusat, berfungsi sebagai ujian yang paling intensif mengenai teori-teori graviti Einstein yang pernah dilakukan.
"Salah satu sebab yang anda lihat bahawa cincin cahaya ialah itulah orbit di mana foton terkurung untuk bergerak dalam bulatan di sekitar lubang hitam, " kata Doeleman. "Ia sangat luar biasa-anda mengambil objek seperti foton yang bergerak secepat apa-apa yang boleh pergi di alam semesta, yang paling cepat anda boleh bergerak, dan kemudian anda menyedari terdapat objek yang dipanggil lubang hitam yang akan menjadikan cahaya cahaya membungkuk dalam bulatan lengkap. Dan itu pada asasnya apa yang anda lihat. ... Dan jika anda melalui persamaan Einstein, itulah orbit yang sangat istimewa. "
Melihat cincin di sekeliling lubang hitam, bayangannya yang menonjol terhadap alam semesta, telah mengesahkan bahawa fizik teori yang ditetapkan lebih dari 100 tahun yang lalu masih berlaku "di salah satu makmal paling melampau yang diberikan kepada alam semesta."
"Saya fikir ia bercakap dengan semangat manusia, terus terang, bahawa kita dapat menariknya, " kata Doeleman.
Black Hole Hunters perdana Jumaat, 12 April pukul 9 malam di Saluran Smithsonian.
