რას გვეუბნება შავი ხვრელის სურათი

როდესაც მეცნიერებმა „გადაიღეს“ უხილავი შავი ხვრელი: გამოსახულება აფიქსირებს მის გარშემო არსებულ ტერიტორიას, რომელიც წარმოიქმნება ტელესკოპების ნაკრების მიერ შეგროვებული მონაცემებით და უზრუნველყოფს პლატფორმას შავი ხვრელების უკეთ გასაგებად.

შავი ხვრელის პირველი სურათი. გადაღებულია Event Horizon Telescope პროექტის მიერ. (სურათის წყარო: ეროვნული სამეცნიერო ფონდი)

შავი ხვრელები, სავარაუდოდ, ყველაზე ბნელი ადგილებია მთელ სამყაროში. და მაინც, როდესაც მეცნიერებმა გასულ კვირას განაცხადეს, რომ მათ პირველად შეძლეს შავი ხვრელის ფოტოს გადაღება, სურათი, რომელიც მათ გამოაქვეყნეს, სხვა არაფერი იყო, თუ არა ბნელი. ის კაშკაშა ნარინჯისფერი და დონტის ფორმის ჩანდა, რაც ერთ-ერთ ყველაზე ფართოდ გავრცელებულ სურათად იქცა ბოლო ერთი კვირის განმავლობაში. როდესაც სინათლე შავ ხვრელს ვერ გაექცევა, როგორ მიიღეს ფოტო და რა ხდის მიღწევას მნიშვნელოვანს?

რასაც სურათი აჩვენებს

ფოტოს მთავარი საგანი, შავი ხვრელი, რომელიც მდებარეობს დედამიწიდან 55 მილიონი სინათლის წლის მანძილზე, გალაქტიკის ცენტრში, სახელად მესიე 87, შემოიფარგლებოდა გამოსახულებაში დონატის ფორმის პატარა და ბნელი ცენტრალური ბირთვით, რომლის იდენტიფიცირება შესაძლებელია მხოლოდ იმის გამო. ნათელი გარემო, რომელიც მასში იყო შემოსაზღვრული. ეს იყო ერთადერთი გზა, რომლითაც შეიძლებოდა შავი ხვრელის გადაღება - მისი მიმდებარე ტერიტორიის გადაღება. თავად შავი ხვრელი არ ასხივებს და არ ასხივებს სინათლეს, ან სხვა ელექტრომაგნიტურ ტალღებს, რომლებიც შეიძლება გამოვლინდეს ადამიანის მიერ შექმნილი ინსტრუმენტებით. მაგრამ შავი ხვრელის საზღვრებს გარეთ მდებარე ტერიტორია - მოვლენის ჰორიზონტად მოხსენიებული - აქვს დიდი რაოდენობით გაზი, ღრუბლები და პლაზმა, რომლებიც ძალადობრივად ტრიალებენ, ასხივებენ ყველა სახის გამოსხივებას, მათ შორის ხილულ სინათლესაც კი.

განმარტა: აქ არის შავი ხვრელი და რატომ არავინ გადაუღიათ აქამდე

არც შავი ხვრელის გარედან იყო ადვილი გადაღება. განსახილველი შავი ხვრელის დიამეტრი 1,5 სინათლის დღე იყო, ანუ დაახლოებით 40 მილიარდი კილომეტრი. შავი ხვრელის გარეთ რგოლს ჩვეულებრივ აქვს 4-დან 5-ჯერ უფრო დიდი ფართობი. მაგრამ დედამიწიდან ძალიან დიდი მანძილი იმას ნიშნავდა, რომ წერტილის ზომის სურათის უკეთესის ჩაწერა ფიზიკურად შეუძლებელი იყო ხელმისაწვდომი ინსტრუმენტებით. მეცნიერებმა გამოთვალეს, რომ უფრო დიდი გარჩევადობის სურათისთვის, როგორიც მათ საბოლოოდ შეძლეს გადაღება, მოითხოვდა ტელესკოპს, რომლის ანტენაც ისეთივე დიდი იყო, როგორც თავად დედამიწა.

რატომ აქვს მნიშვნელობა

ამ რეგიონების შესასწავლად მეცნიერები რამდენიმე წლის განმავლობაში იყენებდნენ შავი ხვრელების კომპიუტერული სიმულირებული გამოსახულებებს. პირველად აქვთ რეალური იმიჯი. მიუხედავად იმისა, რომ ისინი საკმაოდ ჰგვანან, მეცნიერები ახლა დაიწყებენ რეალურ სურათს ყურადღებით დაათვალიერონ, განსხვავდება თუ არა ის კომპიუტერის სიმულირებული სურათებისგან დეტალებში და შეიძლება თუ არა ეს განსხვავებები აიხსნას აპარატურის, დაკვირვების ან სხვა შეცდომებით. ამან შეიძლება უზრუნველყოს სამყაროს არსებული თეორიების გამოცდა და გამოიწვიოს შავი ხვრელებისა და თავად სამყაროს ბუნების უკეთ გაგება.

შავი ხვრელის არჩევა

M87 გალაქტიკაში შავი ხვრელის გადაღების ალტერნატივა არსებობდა - შავი ხვრელის გადაღების მცდელობა, რომელიც ბევრად უფრო ახლოს იყო. არსებობს ათასობით, შესაძლოა მილიონობით, შავი ხვრელი დედამიწასთან ბევრად უფრო ახლოს, მაგრამ ყველა შავი ხვრელი არ შეიძლება იყოს ფოტო გადაღების კანდიდატი. მეცნიერები ეძებდნენ შავი ხვრელის კონკრეტულ ზომას, საკმარისად დიდს დედამიწაზე არსებული ინსტრუმენტებით დასაფიქსირებლად. შავი ხვრელი M87 გალაქტიკაში დაახლოებით 6 მილიარდჯერ აღემატება მზის ზომას და ერთ-ერთი ყველაზე დიდი, რომელიც ცნობილია. არ არსებობს მსგავსი ზომის შავი ხვრელი დედამიწასთან ახლოს.

წაკითხვა | შავი ხვრელის მოვლენის ჰორიზონტის გამოსახულება შესაძლებელი გახდა MIT-ის ამ კლასის სტუდენტის ნამუშევრებით

მიუხედავად ამისა, იყო კანდიდატი, ჩვენს გალაქტიკაში ირმის ნახტომი. მშვილდოსანი A* შავი ხვრელი, რომელიც მდებარეობს ირმის ნახტომის ცენტრში, მზეზე დაახლოებით 4,3 მილიონჯერ აღემატება და დედამიწიდან მხოლოდ 25000 სინათლის წლის მანძილზეა დაშორებული. ის დედამიწასთან დაახლოებით 2000-ჯერ უფრო ახლოს არის M87 გალაქტიკაში არსებულთან შედარებით, მაგრამ ასევე 1500-ჯერ უფრო პატარა. მაშასადამე, მასშტაბით, ორი კანდიდატი შავი ხვრელი სთავაზობდა მსგავს შესაძლებლობებს ფოტო გადაღებისთვის.

ტელესკოპის დაყენება

დედამიწის ზომის ტელესკოპი არ იყო ისეთი რამ, რისი გაკეთებაც შესაძლებელი იყო. ასე რომ, მეცნიერებს მოუწიათ გენიალური ახალი მეთოდების შემუშავება მათი ინსტრუმენტების შეზღუდვების დასაძლევად. მათ გადაწყვიტეს გამოეყენებინათ მსოფლიოში რვა უდიდესი და ყველაზე დახვეწილი რადიოტელესკოპი და დააკავშირეს ისინი ტექნიკით, რომელიც მათ დედამიწის ზომის ვირტუალური ტელესკოპის მსგავსად მოქმედებდა. ტელესკოპებმა შავი ხვრელის რეგიონიდან შემოსული რადიაციის ერთდროული ჩანაწერი გააკეთეს. თითოეულ ტელესკოპს ჰქონდა ატომური საათები, რათა შემდგომში მათი ჩანაწერები შეესაბამებოდეს უკიდურესი სიზუსტით.

ასევე წაიკითხეთ | შავი ხვრელის მოვლენის ჰორიზონტი: აი, როგორ გამოიყურება იგი

თითოეულმა ცალკეულმა ტელესკოპმა შეაგროვა რადიაცია, რომელიც შემოდიოდა შავი ხვრელის რეგიონიდან. მაგრამ ზომის შეზღუდვის გამო, მათ ყველას ჰქონდათ მხოლოდ ძალიან შეზღუდული ინფორმაცია შავი ხვრელის შესახებ. თითოეული ამ ტელესკოპის მიერ ჩაწერილი მონაცემების შეჯერებამ მეცნიერებს მეტი ინფორმაცია მისცა, მაგრამ ვერაფერი გააკეთეს იმ უზარმაზარი ინფორმაციის შესახებ, რომლის დაჭერაც ამ ტელესკოპებს არ შეეძლო.

სურათის აგება მონაცემებიდან

სწორედ აქ მეცნიერებმა გამოიყენეს სუპერკომპიუტერების დახმარება, რათა ხელახლა შეექმნათ შავი ხვრელის სრული სურათი იმ შეზღუდული ინფორმაციით, რომელიც ტელესკოპებმა დაიჭირეს. შეზღუდული მონაცემებით მთლიანი სურათების აღდგენა უჩვეულო არ არის. შეკუმშვის ტექნიკა, რომელსაც ვიყენებთ ჩვენს კომპიუტერზე მუსიკის, გამოსახულების ან ვიდეო ფაილების ზომის შესამცირებლად, მუშაობს ანალოგიურ პრინციპებზე. ჩვენ ვყრით უამრავ ინფორმაციას ზომის შემცირებისას, მაგრამ კომპიუტერს მაინც შეუძლია მუსიკის ან ვიდეოს ხელახლა შექმნა, თუმცა ხარისხის გარკვეული დაკარგვით.

რა თქმა უნდა, შავი ხვრელის გამოსახულებაზე მომუშავე მეცნიერებისთვის გამოწვევა უფრო რთული იყო, ვიდრე ფაილების შეკუმშვის ტექნიკა. მათ ჰქონდათ უზარმაზარი რაოდენობის მონაცემები, რომლითაც უნდა გაუმკლავდეთ, და მაინც უკიდურესად შეზღუდული ინფორმაცია უშუალოდ რადიაციისგან მიღებული. ამიტომ გასაკვირი არ არის, რომ მათ უნდა დაეწერათ სრულიად ახალი ალგორითმები, ინოვაციური მიდგომების გამოყენებით გამოსახულების რეგენერაციისთვის.

შედეგად, მსოფლიოში წარდგენილ ფოტოზე პიქსელების დიდი რაოდენობა შეიძლება გენერირებული ყოფილიყო კომპიუტერის მიერ. მაგრამ ისინი წარმოიქმნა პიქსელებში არსებული ინფორმაციის გამოყენებით, რომლებიც ტელესკოპების პირდაპირი დაკვირვების შედეგი იყო და არა მათემატიკური მოდელებისგან წარმოქმნილი, როგორც ეს ხდება კომპიუტერის სიმულაციაში.

მსოფლიოს ზოგიერთ უსწრაფეს სუპერკომპიუტერს ორი წელი დასჭირდა უზარმაზარი რაოდენობის მონაცემების დამუშავებას და M87 გალაქტიკაში შავი ხვრელის გამოსახულების ხელახლა შექმნას. მშვილდოსანი A* შავი ხვრელის ფოტო ჯერ არ გამოქვეყნებულა, როგორც ჩანს, იმიტომ რომ სურათი ჯერ არ არის მზად.

ᲒᲐᲣᲖᲘᲐᲠᲔᲗ ᲗᲥᲕᲔᲜᲡ ᲛᲔᲒᲝᲑᲠᲔᲑᲡ: