science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Niet alle theorieën kunnen het zwarte gat M87* verklaren

Al deze zwarte gaten werpen donkere schaduwen die in grootte van elkaar te onderscheiden zijn, maar alleen degenen die in de grijze band vallen, zijn compatibel met de EHT-metingen van 2017 van M87*, en op deze afbeelding, degene die onderaan in het rood is weergegeven, is te klein om een ​​levensvatbaar model te zijn voor M87*. Krediet:Prashant Kocherlakota, Luciano Rezzolla (Goethe-universiteit Frankfurt en EHT-samenwerking/Fiks Film 2021)

Zoals de Duitse astronoom Karl Schwarzschild voor het eerst opmerkte, zwarte gaten buigen de ruimte-tijd in extreme mate door hun buitengewone massaconcentratie, en verhit de materie in hun omgeving zodat deze begint te gloeien. De Nieuw-Zeelandse natuurkundige Roy Kerr toonde aan dat rotatie de grootte van het zwarte gat en de geometrie van zijn omgeving kan veranderen. De 'rand' van een zwart gat staat bekend als de gebeurtenishorizon, de grens rond de massaconcentratie waarboven licht en materie niet kunnen ontsnappen en die het zwarte gat zwart maakt. Zwarte gaten, theorie voorspelt, kan worden beschreven door een handvol eigenschappen:massa, draaien, en een verscheidenheid aan mogelijke kosten.

Naast de voorspelde zwarte gaten op basis van de algemene relativiteitstheorie van Einstein, men kan die van modellen beschouwen die zijn geïnspireerd op snaartheorieën, die materie en alle deeltjes beschrijven als modi van minuscule trillende snaren. String-geïnspireerde theorieën over zwarte gaten voorspellen het bestaan ​​van een extra veld in de beschrijving van fundamentele fysica, wat leidt tot waarneembare wijzigingen in de grootte van zwarte gaten en in de kromming in hun omgeving.

Natuurkundigen Dr. Prashant Kocherlakota en professor Luciano Rezzolla van het Instituut voor Theoretische Fysica aan de Goethe Universiteit Frankfurt, hebben nu voor het eerst onderzocht hoe de verschillende theorieën passen bij de waarnemingsgegevens van het zwarte gat M87* in het centrum van het sterrenstelsel Messier 87. Het beeld van M87*, genomen in 2019 door de internationale samenwerking Event Horizon Telescope (EHT), was het eerste experimentele bewijs van het daadwerkelijke bestaan ​​van zwarte gaten na de meting van zwaartekrachtsgolven in 2015.

Het resultaat van deze onderzoeken:De gegevens van M87* stemmen uitstekend overeen met de op Einstein gebaseerde theorieën en tot op zekere hoogte met de snaartheorieën. Dr. Prashant Kocherlakota legt uit:"Met de gegevens die zijn vastgelegd door de EHT-samenwerking, we kunnen nu verschillende natuurkundige theorieën testen met afbeeldingen van zwarte gaten. Momenteel, we kunnen deze theorieën niet verwerpen bij het beschrijven van de schaduwgrootte van M87*, maar onze berekeningen beperken het geldigheidsbereik van deze zwarte-gatmodellen."

Professor Luciano Rezzolla zegt:"Het idee van zwarte gaten is voor ons theoretisch fysici tegelijkertijd een bron van zorg en inspiratie. Hoewel we nog steeds worstelen met enkele gevolgen van zwarte gaten - zoals de waarnemingshorizon of de singulariteit - we lijken altijd geïnteresseerd in het vinden van nieuwe oplossingen voor zwarte gaten, ook in andere theorieën.Het is daarom erg belangrijk om resultaten te krijgen zoals die van ons, die bepalen wat aannemelijk is en wat niet. Dit was een belangrijke eerste stap en onze beperkingen zullen worden verbeterd als er nieuwe waarnemingen worden gedaan."

In de Event Horizon Telescope-samenwerking, telescopen van over de hele wereld zijn met elkaar verbonden om een ​​virtuele gigantische telescoop te vormen met een schotel zo groot als de aarde zelf. Met de precisie van deze telescoop, een krant in New York kon worden gelezen vanuit een straatcafé in Berlijn.