Μια νέα δοκιμή της θεωρίας γενικής σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν απέδειξε ξανά ότι ο διάσημος φυσικός για άλλη μια φορά έχει δίκιο. Αυτή τη φορά αναλύοντας ξανά τη διάσημη πρώτη εικόνα μιας μαύρης τρύπας, η οποία κυκλοφόρησε τον Απρίλιο του 2019.
Αυτή είναι η πρώτη άμεση εικόνα μιας μαύρης τρύπας, με ένα κιτρινωπό δακτύλιο που περιβάλλει έναν μαύρο κύκλο. Μια νέα ανάλυση αυτής της εσωτερικής σκιάς επιβεβαίωσε τη θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν.
Αυτή η εικόνα της υπερβαρέας μαύρης τρύπας στο κέντρο του γαλαξία M87 ήταν η πρώτη άμεση παρατήρηση της σκιάς μιας μαύρης τρύπας – το αποτύπωμα του ορίζοντα συμβάντων ή γεγονότων, μια σφαίρα γύρω από την ιδιομορφία της μαύρης τρύπας από την οποία τίποτα, ούτε το φως δεν μπορεί να διαφύγει. Η θεωρία του Αϊνστάιν προβλέπει το μέγεθος του ορίζοντα γεγονότων με βάση τη μάζα της μαύρης τρύπας. Τον Απρίλιο του 2019 ήταν ήδη σαφές ότι η σκιά που πήραμε ταιριάζει αρκετά καλά με την πρόβλεψη της γενικής σχετικότητας.
Αλλά τώρα, χρησιμοποιώντας μια νέα τεχνική για την ανάλυση της εικόνας, οι ερευνητές που πήραν την εικόνα έδειξαν το πόσο καλά ταιριάζει η σκιά με τη θεωρία.
Η απάντηση: 500 φορές καλύτερη από οποιαδήποτε δοκιμή σχετικότητας που έγινε ποτέ στο ηλιακό μας σύστημα . Αυτό το αποτέλεσμα, με τη σειρά του, θέτει αυστηρότερα όρια σε οποιαδήποτε θεωρία που θα προσπαθούσε να συνδυάσει τη γενική σχετικότητα, η οποία περιγράφει τη συμπεριφορά των τεράστιων ουράνιων αντικειμένων, με την κβαντική μηχανική, η οποία προβλέπει τη συμπεριφορά πολύ μικρών πραγμάτων.
Το μεγάλο επίτευγμα της γενικής σχετικότητας ήταν να περιγράψει πώς λειτουργεί η βαρύτητα στο σύμπαν: πώς τραβάει αντικείμενα το ένα προς το άλλο. πώς στρεβλώνει τον χωροχρόνο ; και πώς σχηματίζει μαύρες τρύπες. Για να δοκιμάσουν τη γενική σχετικότητα, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν τη θεωρία για να προβλέψουν πώς θα ενεργήσει η βαρύτητα σε μια συγκεκριμένη κατάσταση. Στη συνέχεια, παρατηρούν τι πραγματικά συμβαίνει στον κανονικό κόσμο. Εάν η πρόβλεψη ταιριάζει με την παρατήρηση, η γενική σχετικότητα έχει περάσει τη δοκιμή της.
Αλλά κανένα τεστ δεν είναι τέλειο. Παρακολουθήστε πώς η βαρύτητα του ήλιου τραβά τον Ερμή κατά μήκος της τροχιάς του και μπορείτε να μετρήσετε τη γενική σχετικότητα στη δράση. Αλλά τα τηλεσκόπια δεν μπορούν να μετρήσουν την κίνηση του Ερμή μέχρι την κλίμακα του νανόμετρου. Και άλλες δυνάμεις – η έλξη της βαρύτητας του Δία, και η βαρύτητα της Γης και η δύναμη του ηλιακού ανέμου, για να αναφέρουμε μερικές μόνο – επηρεάζουν την κίνηση του Ερμή με τρόπους που είναι δύσκολο να διαχωριστούν από τα αποτελέσματα της σχετικότητας. Έτσι, το αποτέλεσμα κάθε δοκιμής είναι μια προσέγγιση και η θεωρία του Αϊνστάιν αποδεικνύεται όχι κατά 100% αλλά ελάχιστα λιγότερο.
Το μέγεθος αυτής της αβεβαιότητας – ο παράγοντας “λίγο περισσότερο ή λιγότερο” – είναι σημαντικό. Όταν οι επιστήμονες δοκιμάζουν τη γενική σχετικότητα ξανά και ξανά, θέτουν περιορισμούς στην ιδέα του Αϊνστάιν. Ο λόγος για τον οποίο αυτό το έργο είναι σημαντικό είναι ότι παρόλο που η γενική σχετικότητα συνεχίζει να περνάει τις δοκιμές, οι φυσικοί αναμένουν ότι θα αποτύχει τελικά.
Η γενική σχετικότητα πρέπει να είναι ελλιπής, πιστεύουν οι φυσικοί, επειδή έρχεται σε αντίθεση με την κβαντική μηχανική. Οι φυσικοί πιστεύουν ότι η ασυμφωνία σηματοδοτεί την παρουσία στο σύμπαν μας κάποιου μεγαλύτερου, συνολικού μηχανισμού που περιγράφει τόσο τη βαρύτητα όσο και τον κβαντικό κόσμο που δεν έχουν ακόμη αποκαλύψει. Αναζητώντας ρωγμές στη σχετικότητα, ελπίζουν, θα μπορούσαν να βρουν ενδείξεις για να τους βοηθήσουν να βρουν αυτήν την πλήρη θεωρία.
“Περιμένουμε ότι μια πλήρης θεωρία της βαρύτητας θα είναι διαφορετική από τη γενική σχετικότητα, αλλά υπάρχουν πολλοί τρόποι με τους οποίους μπορεί να την τροποποιήσουμε”, λέει ο αστροφυσικός Δημήτριος Ψάλτης στην Αριζόνα. Ο Ψάλτης είναι επικεφαλής συγγραφέας μιας δημοσίευσης που δημοσιεύθηκε την 1η Οκτωβρίου στο περιοδικό Physical Review Letters περιγράφοντας αυτήν τη νέα δοκιμή και είναι μέρος της ομάδας Event Horizon Telescope (EHT), η υπεύθυνη για την απεικόνιση της σκιάς της μαύρης τρύπας M87.
Σε αυτό το νέο τεστ, ο Ψάλτης και οι συνάδελφοί του χρησιμοποίησαν έναν υπολογιστή για να δημιουργήσουν τεχνητές εικόνες της μαύρης τρύπας M87 με βάση μια τροποποιημένη έκδοση της βαρύτητας, όπου η δύναμη της βαρύτητας είναι ασθενέστερη ή ισχυρότερη στον ορίζοντα γεγονότων ή συμβάντων. Με αυτό το σενάριο εξασθενημένης βαρύτητας, ρώτησαν, πόσο μεγάλος ή μικρός θα ήταν ο ορίζοντας της μαύρης τρύπας; Τι γίνεται με ισχυρότερη βαρύτητα; Στη συνέχεια, έλεγξαν πόσες από αυτές τις πιθανές τροποποιήσεις παρήγαγαν ορίζοντες συμβάντων σε μεγέθη που ταίριαζαν με εκείνα της εικόνας που πραγματικά τράβηξε η ομάδα EHT του M87. Κάποιες το έκαναν, οι μικρές διαφορές τους από τις προβλέψεις της γενικής σχετικότητας είναι πολύ μικρές για να εμφανιστούν στην ομολογουμένως ασαφή σκιά της μαύρης τρύπας. Αλλά η συντριπτική πλειοψηφία των τροποποιημένων θεωριών της βαρύτητας δεν το έκανε.
“Δείξαμε ότι το μέγεθος της σκιάς της μαύρης τρύπας στην μαύρη τρύπα του M87 δεν αφήνει περιθώριο για τροποποιήσεις στη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν κατά σχεδόν έναν παράγοντα 500, σε σύγκριση με προηγούμενες δοκιμές στο ηλιακό σύστημα”, λέει ο Feryal Özel αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα , ενός άλλου συν-συγγραφέα της μελέτης και επιστήμονα της ομάδας EHT.
Οι περισσότεροι εναλλακτικοί τρόποι με τους οποίους μπορεί να λειτουργήσει η βαρύτητα που εξέτασαν – δηλαδή θεωρίες που παραβιάζουν τη γενική σχετικότητα του Αϊνστάιν – δεν ταιριάζουν σε αυτό το πρόσφατα περιορισμένο μέγεθος της σκιάς.
Στο μέλλον, ανέφεραν οι ερευνητές του EHT, μπορεί να είναι σε θέση να μειώνουν ακόμη περισσότερο την ασάφεια.
Το EHT είναι ένα δίκτυο ραδιοτηλεσκοπίων σε όλο τον κόσμο που συνεργάζονται για την παραγωγή των πιο δυνατών εικόνων από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες – αντικείμενα που, αν και μεγάλα, είναι πολύ μικρά και σκοτεινά για να μπορεί να αναλυθεί μόνο με ένα τηλεσκόπιο. Μέχρι στιγμής, το EHT μόλις δημοσίευσε την εικόνα μιας μαύρης τρύπας, το M87. Αλλά υπάρχει μια άλλη, μικρότερη μαύρη τρύπα στη δική μας γειτονιά που η συνεργασία αυτή θα πρέπει να μπορεί να απεικονίσει: Η μαύρη τρύπα Τοξότης Α* στο κέντρο του Γαλαξία μας.
Η επόμενη εικόνα που θα παράγουν, λένε στο EHT, θα πρέπει να περιορίσει ακόμη περισσότερο τη γενική σχετικότητα.
Ή ίσως να δουν κάτι που ο Αϊνστάιν δεν είχε προβλέψει καθόλου.
Live Science και εδώ Πηγή
