Poill Dubha a Iniúchadh: Cuid 3

An Dofheicthe a fheiceáil

Tá poill dhubha dofheicthe, ach d’fhorbair réalteolaithe go leor bealaí chun iad a fheiceáil tríd an ábhar atá thart timpeall orthu

Cuid 3 de shraith ceithre chuid ar phoill dhubha. Is féidir Cuid 1 a fháil anseo, agus tá Cuid 2 anseo.

Réalteolaí raidió ceannródaíoch agus Grote Reber aisteach aisteach. Cé gur mhúnlaigh a fhionnachtana ár dtuiscint ar an réalteolaíocht, dhiúltaigh sé do go leor teoiricí nua-aimseartha faoi na cruinne i bhfabhar a chuid smaointe uathúla féin. (Leathnaigh a stór focal níos faide ná Groot's, áfach.) Grianghraf: Réadlann Réalteolaíocht Raidió Náisiúnta

I 1937, thóg innealtóir an-aisteach darb ainm Grote Reber teileascóp sa chrannchur in aice le teach a mháthar i Wheaton, Illinois. Níl réadlanna baile neamhghnách, ach ba é tionscadal Reber an chéad teileascóp a dearadh chun tonnta raidió a lorg ón spás, agus ní raibh sé ach an dara duine sa stair a d’aimsigh iad. De thaisme fuair Karl Jansky, an chéad réalteolaí raidió, tonnta raidió réalteolaíochta agus é ag obair ar chumarsáid raidió gearr-thonn.

Ach leag Reber amach d’aon ghnó staidéar a dhéanamh ar na cosmos i bhfianaise raidió. Fuair ​​sé amach gur astaíonn lár Bhealach na Bó Finne a lán tonnta raidió agus fuair sé foinse raidió dian sa réaltbhuíon Cygnus. Faoi na 1950idí, fuair réalteolaithe go leor réaltraí raidió eile (mar a ainmníodh go cruthaitheach iad) a astaíonn tonnta raidió an-chumhachtacha ó réigiúin bheaga ag lárionaid na réaltraí sin.

Cygnus A, an réaltra raidió is luaithe ar a dtugtar. Is astaíochtaí raidió iad na lóibíní dearga ó ghás a scarann ​​poll dubh sár-lárnach an réaltra (i lár na híomhá). X-gha: NASA / CXC / SAO; Optúil: NASA / STScI; Raidió: NSF / NRAO / AUI / VLA

Mar a d’fhoghlaimíomar i gCuid 2 den tsraith seo, ba phoill dhubha supermassive foinsí na dtonnta raidió ar Bhealach na Bó Finne agus níos faide i gcéin: dinimos imtharraingthe cumhachtacha na milliúin nó na billiúin uaireanta mais ár gréine. Mar a tharla le fionnachtana Reber, ba é aireagán agus cruthaitheacht a spreag an staidéar ar phoill dhubha. Déanta na fírinne, tá fionnachtana nua faoi phoill dhubha mar thoradh ar gach dul chun cinn nua sa réalteolaíocht, agus tá teicneolaíochtaí nua á gceapadh chun staidéar a dhéanamh ar na rudaí aisteach seo.

Is iad na hionaid réaltraí seisiúin subh chaotic de réaltaí agus rudaí eile, rud a chiallaíonn, i bhfianaise infheicthe - an t-ábhar a fheiceann ár súile daonna - tá gach rud teimhneach agus mearbhall. I gcodarsnacht leis sin, ní scaoileann réaltaí mórán solais raidió, mar sin seasann foinsí eile tonnta raidió amach - poill dhubha san áireamh.

Ach ní hionann lár réaltra a fheiceáil agus níos mó teileascóip raidió a thógáil. Braitheann réiteach teileascóp - cé chomh maith agus a fheiceann sé imill agus mionsonraí gach a bhfuil sé ag tagairt dó - ar thonnfhad an tsolais agus ar mhéid an teileascóp. An níos faide an tonnfhad solais, is mó a chaithfidh an teileascóp a bheith ann chun an taifeach céanna a bhaint amach, agus bíonn fiú poill dhubha supermassive níos lú go fisiciúil ná go leor réaltaí.

Chun an chonstaic sin a shárú, thosaigh réalteolaithe ag comhcheangal comharthaí ó dhá theileascóp nó níos mó chun teileascóp fíorúil a chruthú ar a dtugtar trasnaiméadar. Trí na comharthaí seo a úsáid chun borradh a chur faoina chéile (trí chur isteach cuiditheach), baineann idirghairmiméadar réiteach i bhfad níos airde ná mar a d’fhéadfadh a bheith ag aon ionstraim aonair riamh. Go luath sna 1970idí, d’úsáid Bruce Balick agus Robert Brown interferometer déanta as péire teileascóip raidió ag réadlann an Bhainc Ghlais in Iarthar Virginia chun an chéad bhreathnóireacht shoiléir a dhéanamh ar an bpoll dubh i lár ár réaltra.

Is é an Jansky Very Large Array (VLA), i Nua-Mheicsiceo, an t-idirghairmiméadar raidió is cáiliúla. Tá sé comhdhéanta de 27 teileascóp raidió, agus tá seacht gcinn acu le feiceáil anseo. Le chéile, gníomhaíonn na teileascóip mar theileascóp ollmhór amháin, ag soláthar íomhánna raidió ardtaifigh de rudaí éagsúla sa chruinne. Grianghraf: Matthew R. Francis

Ach ní fhéadfadh an cineál breathnóireachta seo a rá linn go díreach cé chomh mór agus atá an poll dubh, ach go bhfuil sé ann. Ag tosú i 1995, chuir dhá ghrúpa réalteolaithe, faoi stiúir Reinhard Genzel sa Ghearmáin agus Andrea Ghez sna Stáit Aontaithe, tús le sraith breathnuithe ag baint úsáide as trasnaiméadair infridhearg. Cé go bhfuil an poll dubh féin beag i bhfianaise infridhearg, d’aithin na réalteolaithe roinnt réaltaí ag fithisiú an-ghar dó. Tá na réaltaí ag bogadh go tapa go leor le ligean do Ghez agus a comhghleacaithe a rianú cé chomh fada agus a bhogann siad ó bhliain go bliain.

Mar thoradh air sin, is féidir leo fithisí iomlána a athchruthú do réaltaí iolracha. Ag baint úsáide as na sonraí seo agus leagan beagán modhnaithe de chothromóid a d'aimsigh Johannes Kepler den chéad uair sa 17ú haois, mheas siad go bhfuil poll dubh Bhealach na Bó Finne thart ar 4 mhilliún oiread mais na gréine. (Cé go bhfuil sé ollmhór intinne, níl ansin ach meánmheáchan de réir chaighdeáin ollpholl dubh.)

Ina theannta sin, fuair foireann Ghez réalta laga amháin a théann chuig an bpoll dubh ag achar thart ar 260 oiread méid fhithis na Cruinne, rud a chiallaíonn go gcaithfidh an poll dubh a bheith i bhfad níos lú go fisiciúil ná sin. De réir na coibhneasachta ginearálta, bheadh ​​trastomhas poll dubh Bhealach na Bó Finne 24 milliún ciliméadar ar a mhéad. Ar mhaithe le comparáid a dhéanamh, tá an ghrian 1.4 milliún ciliméadar ar trastomhas, agus tá fithis na Cruinne 30 billiún ciliméadar trasna, mar sin d’oirfeadh an poll mór dubh seo go héasca laistigh dár gcóras gréine - agus táimid ag iarraidh é a fheiceáil ó leathbhealach trasna an réaltra.

Fithisí roinnt réaltaí in aice le poll dubh sármhaith Bealach na Bó Finne, breactha ó 1995 go 2012. Íomhá: Grúpa Ionad Réaltrach Keck / UCLA

Le níos mó ná dhá fhiche bliain de shonraí agus blianta fada eile le teacht, beidh go leor faisnéise ag réalteolaithe chun éifeachtaí domhantarraingthe láidir an phoill dhubh a fheiceáil ar fhithis na réaltaí seo. Is bealach nua é sin chun coibhneasacht ghinearálta a thástáil - teoiric na domhantarraingthe a chuireann síos ar phoill dhubha. Cé gur beag amhras a fheicfimid aon chlaontaí móra ó thuar, tá seans beag ann fós rud nua agus gan choinne a fháil.

Is é an fíor-thástáil teoirice, áfach, ná an poll dubh féin a fheiceáil. Tá poill dhubha féin dofheicthe, ar ndóigh, ach mar a d’fhoghlaimíomar i gCuid 2 den tsraith seo, glileann an t-ábhar a tharraingíonn siad isteach i bhfithis go geal. Is é an rud is gaire don léaslíne imeachta - an teorainn a scarann ​​an taobh istigh den pholl dubh, áit nach féidir le haon rud éalú, ón gcuid eile den chruinne - is gile an glow. Ina theannta sin, casann domhantarraingt láidir an phoill dhubh cosáin an tsolais, rud a fhágann go bhfuil na hastaíochtaí níos déine fós.

Mar thoradh air sin, ba chóir go mbeadh poll dubh le feiceáil mar chiorcal dubh nó ubhchruthach (ag brath ar cé chomh gasta agus atá sé ag sníomh) timpeallaithe ag fáinne solais. Chun é seo a fheiceáil, teastaíonn réiteach an-ard uainn. Sin an sprioc atá ag Teileascóp Imeacht Horizon (EHT), idirghairmiméadar ollmhór ina bhfuil mórán teileascóip, lena n-áirítear Teileascóp an Phol Theas san Antartaice, an Atacama Large Millimeter Array (ALMA) sa tSile, an Teileascóp Submillimeter in Arizona, agus go leor eile. Tá an EHT deartha chun an oiread agus is féidir den phláinéid a chuimsiú chun réadlann ar Domhan a chruthú.

In earrach na bliana 2017, dhírigh na teileascóip EHT ar ionad Bhealach na Bó Finne ar feadh thart ar dhá sheachtain. Agus mé á scríobh seo, tá réalteolaithe ag próiseáil an méid ollmhór sonraí a bhailigh siad, agus tá súil agam go gcuirfidh siad an chéad íomhá de pholl dubh i láthair an domhain. Leis na sonraí sin, beidh a fhios againn go díreach cé chomh mór agus atá an poll dubh, agus b’fhéidir go mbeimid in ann faisnéis a bhaint amach faoi cé chomh tapa agus atá sé ag sníomh agus cén treo. Sin ionchas chomh corraitheach is atá aon cheann ó d’fhoghlaim muid poill dhubha ann.

Cumhachtach mar atá sé, níl an EHT ach maith go leor chun an poll dubh sármhaith ar Bhealach na Bó Finne a réiteach agus b’fhéidir réaltra nó dhó eile. Tá poill dhubha eile ró-bheag, rófhada, nó iad araon. Ach tá bealaí eile ann le foghlaim faoi na rudaí a tharlaíonn ag léaslíne na hócáide.

Déantar tonnta imtharraingthe nuair a théann dhá réad i bhfithis a chéile. An chuid is mó den am, níl na tonnta sin cumhachtach go leor chun iad a bhrath, ach nuair is poill dhubha ceann amháin nó an dá rud, is féidir go leor fuinnimh a astú mar radaíocht imtharraingthe. Bhí poill dhubha i gceist leis na chéad trí bhrath ag Réadlann Imtharraingthe Tonn Imtharraingthe Laser (LIGO) agus iad ag rothlú a chéile ag rátaí níos gasta go dtí gur imbhuail siad agus gur chumasc siad isteach i bpoll dubh nua amháin.

Bhí poill dhubha LIGO cúpla dosaen oiread mais ár gréine ar a mhéad. Ach is dóigh le réalteolaithe go gcaithfidh poill dhubha supermassive imbhualadh freisin, agus sin mar a d’fhéadfadh gurb iad na cruinne na poill dhubha is ollmhór. Mar sin féin, tá tonnfhaid ró-mhór ag tonnta imtharraingthe a tháirgeann péirí poll dubh sármhaith le bheith infheicthe ag LIGO.

Is é Teileascóp an Bhainc Ghlais 100 méadar ar trastomhas an teileascóp raidió is mó is féidir a dhíriú in aon treo. Tá sé mar chuid de Réadlann Nanohertz Mheiriceá Thuaidh do Thonnta Imtharraingthe (NANOGrav), a úsáideann flashes solais ó pulsars chun péirí de phoill dhubh supermassive a bhrath. Grianghraf: NRAO / AUI / NSF

Tugann sé sin ar ais muid chuig teileascóip raidió. Thuig réalteolaithe go mbeidh tionchar ag tonnta imtharraingthe ar pulsars - croíthe na réaltaí marbha atá ag rothlú go gasta. Toisc go n-astaíonn siad bíoga solais raidió a shroicheann chomh intuartha, tá pulsars ar chuid de na cloig is cruinne sa chosmas. Ag baint úsáide as péirí pulsars scartha le go leor solasbhlianta sa réaltra, is féidir le réalteolaithe raidió comharthaí de thonnta imtharraingthe a théann i bhfeidhm ar na bíoga a lorg.

Ligeann na breathnuithe seo, ar a dtugtar eagair uainiúcháin pulsar, dúinn a chinneadh cé mhéad poill dhubh supermassive atá ag fithisiú a chéile. Is próiseas níos moille agus níos gile é ná LIGO, ach is dóigh go bhfeicfidh eagar uainiúcháin pulsar - mar Réadlann Nanohertz Mheiriceá Thuaidh do Thonnta Imtharraingthe (NANOGrav) a chéad chomhartha tonn imtharraingthe ó phoill dhubha oráisteacha laistigh de chúpla bliain.

De réir mar a fheabhsaíonn siad a gcuid breathnuithe, beidh LIGO agus réadlanna tonnta imtharraingthe eile in ann éifeachtaí domhantarraingthe ar scála léaslínte imeachta a thomhas. Sa tráthchuid deiridh den tsraith seo, féachfaidh mé ar an bhfáth go bhfuil suim ag eolaithe i bhfisic léaslínte imeachta agus an méid a d’fhéadfadh sé a insint dúinn faoi nádúr na fisice féin.