Rangkaian teleskop radio antarabangsa telah menghasilkan imej penutupan pertama dari bayang-bayang lubang hitam, yang ditemui oleh saintis pagi ini (10 April). Kerjasama yang dipanggil Event Horizon Telescope, mengesahkan dekad ramalan bagaimana cahaya akan berkelakuan di sekitar objek gelap ini, dan menetapkan peringkat untuk era baru astronomi lubang hitam.
"Dari skala sifar hingga menakjubkan, ia adalah menakjubkan," kata Erin Bonning, penyelidik astrofizik dan lubang hitam di Universiti Emory yang tidak terlibat dalam usaha pencitraan.
"Itulah yang saya harapkan," katanya kepada Live Science.
Pengumuman itu, yang dikenang kira-kira satu setengah minggu terlebih dahulu, berjaya menjadi sangat menarik dan hampir tidak mempunyai butiran mengejutkan atau fizik baru. Fizik tidak terputus. Ciri-ciri lubang hitam yang tidak diduga telah dinyatakan. Imej itu sendiri hampir hampir sama dengan ilustrasi lubang hitam yang biasa kita lihat dalam budaya sains dan pop. Perbezaan besar adalah bahawa ia adalah banyak blurrier.
Terdapat beberapa soalan penting berkaitan dengan lubang hitam yang masih belum dapat diselesaikan, bagaimanapun, kata Bonning.
Bagaimanakah lubang-lubang hitam menghasilkan jet-jet yang sangat panas dan cepat?
Semua lubang hitam supermasif mempunyai keupayaan untuk mengunyah bahan berdekatan, menyerap sebahagian besarnya melewati cakrawala acara mereka, dan meludahkan bakinya ke ruang angkasa dengan kelajuan cahaya yang dekat di menara yang mengagumkan astrophysicists memanggil "jet relativistik."
Dan lubang hitam di pusat Virgo A (juga dikenali sebagai Messier 87) terkenal dengan jet yang mengagumkan, membuang bahan dan radiasi di seluruh ruang. Jet relativistiknya sangat besar sehingga mereka dapat melarikan diri dari galaksi di sekelilingnya.
Dan pakar fizikal tahu pukulan luas tentang bagaimana ini berlaku: Bahan mempercepatkan kepada kelajuan yang melampau kerana ia jatuh ke dalam graviti lubang hitam dengan baik, maka sebahagiannya melarikan diri sambil mengekalkan inersia itu. Tetapi para saintis tidak bersetuju dengan butiran tentang bagaimana ini berlaku. Imej ini dan kertas yang berkaitan tidak lagi menawarkan sebarang maklumat.
Memandang itu, kata Bonning, akan menjadi satu perkara yang menghubungkan pemerhatian Teleskop Event Horizons - yang meliputi ruang yang agak kecil - dengan imej jet relativistik yang lebih besar.
Walaupun ahli fizik masih belum mendapat jawapan, dia berkata, ada peluang yang baik bahawa mereka akan datang tidak lama lagi - terutamanya apabila kerjasama itu menghasilkan imej sasaran kedua: lubang hitam supermassive Sagittarius A * di pusat galaksi kita sendiri, yang tidak menghasilkan jet seperti Virgo A's. Membandingkan kedua-dua imej, katanya, mungkin menawarkan kejelasan.
Bagaimanakah mekanisma umum dan mekanik kuantum sesuai?
Apabila ahli fizik berkumpul untuk bercakap mengenai penemuan baru yang benar-benar menarik, anda boleh mengharapkan untuk mendengar seseorang mencadangkan bahawa ia mungkin dapat membantu menjelaskan "graviti kuantum."
Itu kerana graviti kuantum adalah yang tidak diketahui dalam fizik. Selama kira-kira satu abad, ahli fizik telah bekerja menggunakan dua set peraturan yang berbeza: Relativiti umum, yang merangkumi perkara yang sangat besar seperti graviti, dan mekanik kuantum, yang merangkumi perkara yang sangat kecil. Masalahnya, kedua buku panduan ini terus bertentangan dengan satu sama lain. Mekanik kuantum tidak dapat menjelaskan graviti, dan kerelatifan tidak dapat menerangkan kelakuan kuantum.
Suatu hari nanti, ahli fizik berharap dapat menghubungkan kedua-duanya bersama dalam teori bersatu besar, mungkin melibatkan beberapa jenis graviti kuantum.
Dan sebelum pengumuman hari ini, terdapat spekulasi bahawa ia mungkin termasuk beberapa penemuan pada subjek. (Sekiranya ramalan relativiti umum tidak diterbitkan dalam imej, ia akan memindahkan bola ke hadapan.) Semasa taklimat daripada Yayasan Sains Kebangsaan, Avery Broderick, seorang ahli fizik di University of Waterloo di Kanada, dan seorang kolaborator pada projek itu, mencadangkan beberapa jawapan yang mungkin datang.
Tetapi Bonning ragu terhadap tuntutan itu. Imej ini sama sekali tidak mengejutkan dari perspektif kerelatifan umum, jadi ia tidak menawarkan fizik baru yang mungkin menutup jurang antara kedua-dua bidang itu, kata Bonning.
Namun, ia tidak gila bahawa orang berharap untuk jawapan dari pemerhatian semacam ini, katanya, kerana kelebihan bayangan lubang hitam membawa pasukan relativistik ke ruang saiz kuantum yang kecil.
"Kami menjangkakan dapat melihat graviti kuantum sangat, sangat dekat dengan kejadian peristiwa atau sangat awal pada awal alam semesta," katanya.
Tetapi pada resolusi yang masih kabur dalam Event Horizons Telescope, dia berkata, kita tidak mungkin dapat mencari pelbagai kesan, walaupun dengan peningkatan yang dirancang masuk.
Adakah teori Stephen Hawking betul seperti Einstein?
Sumbangan awal fizik Stephen Hawking yang paling besar kepada fizik adalah idea "radiasi Hawking" - bahawa lubang hitam tidak benar-benar hitam, tetapi mengeluarkan sedikit radiasi dari masa ke masa. Hasilnya sangat penting, kerana ia menunjukkan bahawa apabila lubang hitam berhenti tumbuh, ia akan mula perlahan-lahan menyusut dari kehilangan tenaga.
Tetapi Event Horizons Telescope tidak mengesahkan atau menafikan teori ini, kata Bonning, bukan siapa yang mengharapkannya.
Lubang hitam besar seperti Virgo A, katanya, hanya mengeluarkan sedikit radiasi Hawking berbanding saiz keseluruhan mereka. Walaupun instrumen kami yang paling maju kini boleh mengesan lampu terang cakera acara mereka, ada sedikit peluang bahawa mereka akan pernah menggoda cahaya ultra-malap permukaan lubang hitam supermasif.
Hasilnya, katanya, mungkin akan datang dari lubang hitam terkecil - objek teoretikal, jangka pendek yang begitu kecil sehingga anda mungkin melampirkan seluruh peristiwa di tangan anda. Dengan peluang untuk pemerhatian yang lebih dekat, dan banyak lagi radiasi yang tersedia berbanding saiz keseluruhannya, manusia mungkin akhirnya mengetahui cara menghasilkan atau mencari dan mengesan sinarannya.
Jadi apa yang sebenarnya kita pelajari daripada imej ini?
Pertama, pakar fizikal mengetahui bahawa Einstein adalah betul, sekali lagi. Hujung bayang-bayang, sejauh Teleskop Horizons boleh dilihat, adalah lingkaran yang sempurna, sama seperti ahli fizik pada abad ke-20 yang bekerja dengan persamaan umum Einstein mengenai kerelatifan umum.
"Saya tidak fikir sesiapa sahaja perlu terkejut apabila ujian lain mengenai kerelatifan umum berlalu," kata Bonning. "Jika mereka berjalan di atas pentas dan mengatakan bahawa relativiti umum telah pecah, saya akan jatuh dari kerusi saya."
Hasilnya dengan implikasi yang lebih cepat dan praktikal, dia berkata, imej itu membolehkan para saintis mengukur dengan tepat jisim lubang hitam supermasif ini, yang terletak 55 juta tahun cahaya jauh di tengah-tengah galaksi Virgo A. Ia adalah 6.5 bilion kali lebih besar daripada matahari kita.
Itulah masalah besar, kata Bonning, kerana ia dapat mengubah cara ahli fizikal menimbang lubang hitam supermasif di hati galaksi lain, jauh atau lebih kecil.
Kini, ahli fizik mempunyai ukuran yang sangat tepat mengenai jisim lubang hitam supermasif di tengah-tengah Bima Sakti, kata Bonning, kerana mereka dapat melihat bagaimana gravitinya bergerak bintang individu di kawasan kejiranannya.
Tetapi dalam galaksi lain, teleskop kami tidak dapat melihat pergerakan bintang individu, katanya. Oleh itu, ahli fizik terjebak dengan pengukuran yang lebih kasar: Bagaimana jisim lubang hitam mempengaruhi cahaya yang datang dari pelbagai lapisan bintang di galaksi, atau bagaimana jisimnya mempengaruhi cahaya yang datang dari pelbagai lapisan gas terapung bebas di galaksi.
Tetapi pengiraan itu tidak sempurna, katanya.
"Anda perlu membuat model sistem yang sangat kompleks," katanya.
Dan kedua-dua kaedah tersebut menghasilkan hasil yang agak berbeza dalam setiap pemerhati fisika galaksi. Tetapi sekurang-kurangnya untuk lubang hitam di Virgo A, kita sekarang tahu bahawa satu kaedah adalah betul.
"Penentuan kami sebanyak 6.5 bilion massa solar berakhir mendarat tepat di atas penentuan massa yang lebih berat dari," Sera Markoff, ahli astrofizik dari University of Amsterdam dan kolaborator dalam projek itu berkata dalam taklimat berita.
Itu tidak bermakna bahawa ahli fizik hanya akan bergerak borong dengan pendekatan untuk mengukur massa lubang hitam, kata Bonning. Tetapi ia menawarkan titik data penting untuk menapis pengiraan masa depan.
