Oamenii de știință și tehnologia africani ar putea duce la descoperiri viitoare ale găurilor negre

Astronomii au dezvăluit prima imagine a găurii negre din centrul galaxiei noastre, Calea Lactee. Imaginea a fost produsă de colaborarea Event Horizon Telescope (EHT), o echipă internațională de peste 300 de oameni de știință de pe cinci continente, inclusiv Africa.

Găurile negre au fost prezise de teoria generală a relativității a lui Albert Einstein cu peste un secol în urmă. Sunt regiuni ale spațiului atât de dense încât nimic, inclusiv lumina, nu poate scăpa. Limita lor este cunoscută sub numele de orizont de evenimente, care marchează punctul de neîntoarcere. Acesta este doar unul dintre motivele pentru care aceste obiecte sunt ascunse de ochii noștri. Celălalt este că sunt extrem de mici atunci când sunt plasați în contextul lor cosmic. Dacă galaxia noastră, Calea Lactee, ar fi de dimensiunea unui teren de fotbal, orizontul evenimentelor găurii sale negre ar fi de un milion de ori mai mic decât o înțepătură în centrul terenului.

Atunci cum le putem fotografia? Echipa noastră a făcut acest lucru prin captarea luminii din gazul fierbinte care se învârte în imediata apropiere a găurii negre. Această lumină, cu o lungime de undă de 1 milimetru, este înregistrată de o rețea mondială de antene care formează un singur telescop virtual de dimensiunea Pământului.

Lumina arată mai mult ca un inel, o semnătură caracteristică care este rezultatul direct al a două procese cheie. În primul rând, gaura neagră este atât de densă încât curbează calea luminii din apropierea ei. În al doilea rând, captează lumina care se apropie prea mult de orizontul evenimentului. Efectul combinat produce o așa-numită umbră a găurii negre – un inel iluminat care înconjoară un deficit distinct de lumină centrat pe gaura neagră. În cazul găurii noastre negre, Calea Lactee, acest inel are dimensiunea aparentă a unei gogoși de pe Lună, necesitând un efort ingineresc extraordinar pentru a-l aduce în atenție.

Dezvăluirea unei imagini a găurii noastre negre, Săgetătorul A*, nu este doar un moment important pentru știință. Ar putea fi, de asemenea, un catalizator important pentru diversificarea cercetării africane în astrofizică folosind punctele forte existente. Am fost singurii doi dintre cei peste 300 de membri ai echipei EHT cu sediul pe continentul african. Continentul nu găzduiește niciun telescop EHT – am fost recrutați datorită expertizei pe care am dezvoltat-o ​​în pregătirea pentru cel mai mare radiotelescop din lume, Square Kilometer Array (SKA), care va fi co-găzduit de Africa de Sud, de Sud și Australia.

De ce este importantă imaginea

Nu este prima dată când o imagine a unei găuri negre atrage atenția oamenilor. Am fost, de asemenea, membri ai echipei care a capturat prima imagine a unei găuri negre în 2019 (aceasta se află în centrul unei alte galaxii, Messier 87, care se află la 55 de milioane de ani lumină distanță). Se estimează că peste 4,5 miliarde de oameni au văzut această imagine. Săgetătorul A* a dominat, de asemenea, titlurile și a captat imaginația oamenilor.

Dar în acest rezultat există mai mult decât o imagine uimitoare. O multitudine de rezultate științifice bogate au fost descrise în zece publicații ale echipei. Iată trei dintre principalele noastre puncte forte.

În primul rând, imaginea este o validare remarcabilă a teoriei generale a relativității a lui Einstein. EHT a fotografiat acum două găuri negre cu mase care diferă cu un factor de peste 1000. În ciuda diferenței dramatice de masă, dimensiunea și forma măsurate sunt în concordanță cu predicțiile teoretice.

În al doilea rând, acum am imaginat găuri negre cu medii foarte diferite. Multe cercetări anterioare din ultimele două sau trei decenii arată dovezi empirice puternice că galaxiile și găurile lor negre co-evoluează în timpul cosmic, în ciuda dimensiunilor lor complet disparate. Mărind orizontul evenimentelor găurilor negre din galaxii gigantice precum M87, precum și galaxii mai tipice, cum ar fi propria noastră Calea Lactee, aflăm mai multe despre cum se joacă această relație aparent neplauzibilă dintre gaura neagră și galaxia gazdă.

În al treilea rând, imaginea ne oferă noi informații despre gaura neagră centrală din propria noastră casă galactică. Este cea mai apropiată fiară de Pământ, așa că oferă un laborator unic pentru a înțelege această interacțiune – la fel ca să te uiți la un copac din propria curte pentru a înțelege mai bine pădurile de la orizont îndepărtat.

Avantajul geografic al Africii de Sud

Suntem mândri să facem parte din echipa care a produs primele imagini ale găurilor negre. În viitor, credem că Africa de Sud și continentul african mai larg (inclusiv o inițiativă comună olandeză-namibiană) ar putea juca un rol vital în realizarea primelor filme cu găuri negre.

Așa cum a fost cazul rolului cheie al țării în paleoantropologie, unele contribuții la astronomia globală pot fi făcute doar din solul sud-african. Săgetătorul A* se găsește pe cerul sudic, trecând direct peste Africa de Sud. Acesta este unul dintre motivele principale pentru care această imagine a centrului Căii Lactee, luată de MeerKAT (un precursor al SKA) este cea mai bună.