Međunarodni projekt Event Horizon Telescope (EHT) zabilježio je prvu fotografiju crne rupe koja je objavljena 10. travnja 2019. godine. U ovom kratkometražnom dokumentarcu Europskog južnog opservatorija (ESO), naslova ”U sjeni crne rupe”, koji smo za vas preveli na hrvatski, saznat ćete više o cijelome projektu, dugotrajnosti i mukotrpnosti rada na njemu te mnogim izazovima u izvedbi projekta. Cijeli prijepis na hrvatskome naći ćete u nastavku, a možda će vas zanimati i animacija o tome kako fotografirati crnu rupu :).

Prijepis

00:01.5

[Pripovjedač]

Godine 1919., danas slavna Eddingtonova ekspedicija odlučila je vidjeti može li gravitacija saviti svjetlost. Bio je to velik test Einsteinove opće teorije relativnosti. Promatrajući potpunu pomrčinu Sunca, ekspedicija je dokazala da Sunce zaista mijenja putanju zvjezdane svjetlosti, baš kao što je to Einstein predvidio, što je njega i njegovu teoriju učinilo svjetski poznatima.

Sada, gotovo čitavo stoljeće poslije, znanstvenici su se zaputili u još zabačenije dijelove svijeta, razbacane po četirima kontinentima. Ponovo će iskušati granice astronomskoga znanja,  testirajući istu teoriju onako kako to Einstein ne bi mogao ni zamisliti.

Njihov cilj: fotografirati crnu rupu. To je tako ambiciozan pothvat da se činio nemogućim … sve dosad!

U sjeni crne rupe

 01:08.8

[Pripovjedač]

Priča o crnim rupama počinje kao slagalica. Godine 1915. Karl Schwarzschild uočio je da, tada nova, Einsteinova teorija opće relativnosti predviđa postojanje neobičnih pojava poznatih pod nazivom singulariteti. Bila su to mjesta na kojima se činilo da njegove nove jednadžbe ne drže vodu. Unutar njih nalazio se neobičan prostor u kojemu je vrijeme prestajalo, a prostor postajao beskonačan …

 U ono doba mnogo je znanstvenika, uključujući Einsteina, smatralo ih je previše neobičnima da bi ih vrijedilo ozbiljno istraživati. Međutim, tijekom proteklih sto godina nagomilalo se dovoljno dokaza koji upućuju na to da singulariteti zaista postoje u našem svemiru …

…kao crne rupe.

02:06.6

[Govornik: Sheperd S. Doeleman, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, SAD]

Crna rupa najtajanstvenija je pojava u svemiru. Ondje se tvar nalazi u tako malom prostoru i tako je gusta da snaga gravitacije čak i svjetlu ne dopušta da pobjegne. To je jednosmjerni izlaz iz našeg svemira.

 02:22.3

[Govornik: Geoffrey Bower, ASIAA, Tajvan, R.O.C.]

Znamo da sjede u srcu galaksija i određuju kako će te galaksije rasti i umrijeti, proždiru plin i zvijezde. Ujedno su i nevjerojatno tajanstvene i nedokučive pojave koje žive na granici između naših dvaju velikih teorija fizike: opće relativnosti, koja opisuje gravitaciju, i kvantne mehanike, koja opisuje najmanje stvari na svijetu.

 02:49.0

[Govornik: Sheperd S. Doeleman]

Ako želite provjeriti temeljne teorije svemira, trebaju vam najekstremniji laboratoriji u svemiru, a to je crna rupa.

 02:59.5

[Pripovjedač]

No kako biste proučavali taj najekstremniji laboratorij, treba vam ekstremni instrument. Neizmjerna gravitacija crnih rupa onemogućuje nas u tome da je izravno gledamo. Iz njih svjetlost ne može pobjeći i sićušne su – drobe goleme količine tvari u  male tamne točke.

03:22.9

[Pripovjedač]

Čak i kad je postojanje tih najneobičnijih od svih pojava postalo naširoko prihvaćeno, vidjeti ih izravno i dalje je bilo nedosanjani san.

Zapravo, kako bi se postigla potrebna razlučivost da se crne rupe vide izravno, teleskop bi morao biti veličine Zemlje, a to je nemoguće.

Umjesto toga, astronomi su desetljećima proučavali učinke crnih rupa na tvar oko njih.

No san za konkretnijim dokazima o tim egzotičnim pojavama bio je previše izazovan da bi ga se zaboravilo.

04:11.0

[Govornik: Sera Markoff, Sveučilište u Amsterdamu, Nizozemska]

Svi mi shvaćamo s matematičkog gledišta da crne rupe postoje, ali nešto zaista vidjeti jedno je uistinu iskonsko iskustvo i mislim da je bitno da i znanost i mi u njih vjerujemo.

 04:24.9

[Pripovjedač]

Krajem 1960-ih, nova tehnika promijenila je astronomiju. Nazvana dugobazičnom interferometrijom, omogućila je nekolicini teleskopa da zajednički promatraju, stvarajući veće, “virtualne” teleskope koji mogu prevladati ograničenja veličine teleskopa.

04:47.0

[Pripovjedač]

Kako se ta metoda širila, postalo je jasno da je izravno oslikavanje crne stvarna mogućnost.

Godine 2009. godine rođen je projekt Event Horizon Telescope(EHT) s ciljem ostvarenja toga uzbudljivog cilja.

05:07.7

[Govornik: Heino Falcke, Sveučilište Radboud, Nizozemska]

U suradnji Event Horizon Telescopesudjeluju znanstvenici diljem svijeta iz mnogo zemalja, s mnogo kontinenata i brojnih institucija, kako bi napravili teleskop veličine Zemlje i dali nam najveću razlučivost koju je u ovom trenutku moguće postići s kojom god vrstom teleskopa.

 05:27.2

[Pripovjedač]

Od početka je bilo jasno da će se EHT suočiti s jedinstvenim preprekama. No držeći se onoga „ne vjerujem dok ne vidim“, EHT tim bio je posvećen tomu da se crna rupa prvi puta otkrije.

05:41.9

[Pripovjedač]

Kako bi stvorili fotografiju, osam teleskopa diljem svijeta međusobno je povezano.

Europski južni opservatorij (ESO) ima ključnu ulogu u dvama od tih teleskopa, a oba se nalaze na čileanskoj visoravni Chajnantor. Prvi je Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array(ALMA), a drugi Atacama Pathfinder Experiment (APEX).

Ostali teleskopi koji čine EHT su IRAM30-metarski teleskop u Španjolskoj,Large Millimeter Telescopeu Meksiku,Submillimeter Telescopeu SAD-u (Arizona),James Clerk Maxwell Telescopei Submillimeter Array, oba na Havajima, i, naposljetku, South Pole Telescope na Antarktici.

Zajedno, ti teleskopi mogu postići razlučivost jednaku tomu da čitate novine u Parizu sjedeći u New Yorku.

06:58.4

[Pripovjedač]

Uskoro su postali jasni silni izazovi koji su čekali taj projekt. Ti teleskopi, koji su svaki za sebe bili izuzetno napredni instrumenti, nisu napravljeni da bi radili zajedno.

Da bi se postiglo da rade kao jedan, međusobno povezan interferometer, potreban je golemi tim.

07:17.8

[Govornik: Monika Mościbrodzka, Radboud University, The Netherlands]

To su inženjeri, opažači, teoretičari, i svi oni rade zajedno, ne samo da oslikaju obzor crne rupe, nego i kako bi razumjeli što vidimo

 07:30.7

[Pripovjedač]

Projekt je povezao više od 200 znanstvenika s više od 100 institucija, i svi oni morali su raditi instinktivno dok su gradili ovu potpuno novu organizaciju. Usklađivanje tako velikoga tima razbacanog po cijelome svijetu bilo je samo jedno od mnogo važnih izazova.

S projektom koji postavlja nove standarde ljudske genijalnosti, mnogo je prostora da stvari pođu po krivu. I polazile su, jedna za drugom …

Kvarovi opreme …

Nestanak struje …

Nedovoljno tvrdih diskova da se pohrane podaci …

Vjerovali ili ne, u jednom trenutku znanstvenicima su čak prijetili pištoljem tijekom opažanja …

Ubrzo se projekt našao u škripcu …

08:21.9

[Pripovjedač]

I mjesta gdje su se teleskopi nalazili bila su golemi izazovi praktične prirode.

08:28.7

[Pripovjedač]

Okolina koja je najbolja za promatranje noćnog neba često je najteža za izgradnju opažačnica. Teleskopi EHT-a nisu iznimka. Zbačena mjesta na kojima su izgrađeni raspršena su po četirima kontinentima, uključujući opažačnice u goloj čileanskoj pustinji Atacama, na ledenoj visoravni na Antarktiku te na vrhu uspavanog vulkana na Havajima.

08:57.7

[Pripovjedač]

Svi ti teleskopi nalaze se daleko od civilizacije, gdje gradska svjetla ne zagađuju noćno nebo. No za astronome koji su odlazili na te teleskope kako bi očitali podatke, izoliranost je bila najmanji problem.

Vrlo suha mjesta na velikim nadmorskim visinama idealna su za opažanja jer ondje vodena para u atmosferi ne utječe na svjetlost astronomskih objekata.

09:30.7

[Pripovjedač]

ALMA i APEX nalaze se na visoravni Chajnantor, na nadmorskoj visini od 5000 metara, u jalovoj čileanskoj pustinji Atacama, tako negostoljubivu mjestu da se ondje provode testiranja robotskih vozila za vožnju po Mars.

Ljudi koji su ondje radili morali su se služiti maskama s kisikom jer je zrak prerijedak pa se ne može disati.

09:58.1

[Pripovjedač]

Opasnostima od visinske bolesti bili su izloženi i opažači na teleskopima James Clerk Maxwell Telescope i Submillimeter Array, koji se nalaze blizu vrha neaktivnog vulkana Mauna Kea. Na tom izloženom mjestu visoko iznad razine mora, astronomi su izloženi opasnosti od ozbiljne dehidracije i toplinskog udara,

10:23.8

[Pripovjedač]

Na suprotnome kraju toplinske ljestvice, opažači na South Pole Telescopeuna Antarktici morali su u dugim intervalima podnositi temperature ispod nule. Ondje su ih čekali jedinstveni izazovi; zimi se Sunce nikada ne izdiže iznad obzora, zbog čega nastaje noć koja traje mjesecima. Izvrsno za teleskope, ali uzima psihološki danak na ljudima.

10:56.1

[Pripovjedač]

Besane noći provedene su radeći u ovim neprijateljskim predjelima.

11:02.9

[Pripovjedač]

Nakon gotovo desetljeća pripreme, EHT je konačno bio spreman upotrijebiti svih osam teleskopa kao jedan instrument. 5. travnja 2017. EHT je prvi put usmjeren prema odabranoj meti, M87*, crnoj rupi u središtu goleme galaksije Messier 87, otprilike 55 milijuna svjetlosnih godina udaljene od Zemlje.

Pokušati zaviriti u tamno srce galaksije udaljene desetke milijuna svjetlosnih godina može se činiti kao čudan izbor. Mnogo je crnih rupa bližih nama. No M87* pomno je odabrana. Imala je dvije velike prednosti: jedna je od najvećih poznatih crnih rupa, što astronomima daje veću mogućnost da će vidjeti nju, nego manje crne rupe u našemu susjedstvu; i nije previše sjeverno ili južno na nebu, što je ključno ako je teleskopi iz cijeloga svijeta moraju opažati u isto vrijeme.

12:07.3

[Pripovjedač]

Nakon što je besanim opažačkim noćima došao kraj, započela je nova faza opažanja. Kako bi saznali što su vidjeli, znanstvenici su morali mukotrpno raditi na povezivanju analize i podataka.

Dva računalna centra, jedan u Europi jedan u SAD-u, spojili su zapanjujuću količinu podataka – otprilike 350 terabajta na dan sa svakog teleskopa. Dobivene podatke trebalo je sinkronizirati s pomoću atomskih satova tako preciznih da gube samo 1 sekundu svakih 10 milijuna godina, te ih prebaciti na specijalizirane tvrde diskove ispunjene helijem. Ručno prebacivanje dragocejenoga tereta možda se čini kao nazadnije tehnološko rješenje, ali ti tvrdi diskovi sadržavali su toliko podataka da je njihovo ručno premještanje katkad bilo najbrže prebacivanje podataka u povijesti.

13:07.2

[Pripovjedač]

Nakon bezbroj sati rada na podacima, počeli su se nazirati obrisi slike.

13:12.9

[Pripovjedač]

Ta slika trebala je reći stotinama znanstvenika jesu li desetljeća rada bila uzalud ili su njima uspjelo postići nedostižno.

13:23.5

[Pripovjedač]

Premda su crne rupe same po sebi potpuno crne, one utječu na putanju fotona koji putuju u njihovoj blizini i ostavljaju očit trag na svjetlu s akrecijskog diska koji okružuje crnu rupu. Akrecijski disk velik je disk tvari koja postupno pada prema svojem domaćinu.

Ta upadajuća tvar postaje vrlo zgusnuta, zbog čega se trenjem zagrijava i tako nastaje usijana plazma. Putanju svjetla koje taj usijani plin ispušta određuje crna rupa:

golema gravitacija savija svjetlo koje prolazi   blizu nje i ono je zaobilazi, ali svjetlo koje prolazi preblizu bude zauvijek uhvaćeno.

Opažani sa Zemlje uz pomoć radioteleskopa, ovi se učinci očituju kao sjena crne rupe – tamno središnje područje koje se ocrtava kao obris iza kojega se nalazi usijana plazma.

14:28.1

[Pripovjedač]

Nakon 2 godine mukotrpnog izračunavanja, prikaz je napokon bio spreman …

14:58.0

[Pripovjedač]

Premda snimljena s nevjerojatne udaljenosti od 55 milijuna svjetlosnih godina, slika je otkrila prstenastu strukturu s tamnim središnjim područjem. Prvi put u povijesti:sjena crne rupe!

15:12.6

[Govornik: Heino Falcke]

I zatim pogledamo svoj prvi izvor i ugledamo taj prsten. Vidimo obzor i vidimo sjenu, to tamno područje, i odmah vam je jasno da u ovome prizoru vidimo obzor crne rupe sa svih strana odjedanput. Vidimo područje u kojem vrijeme staje. To je jedan potpuno drugačiji dio svemira koji sada prvi put vidimo.

15:35.9

[Govornik: Neil Nagar, Sveučilište u Concepciónu, Čile]

Hoću reći, to je točno ono što smo tražili, ali nakon osam godina i čitavog tog dugog procesa, nekoliko tjedana oslikavanja i rezultati su nam pokazali baš ono što smo željeli. Nisam mogao vjerovati.

 15:47.6

[Govornik: Avery Broderick, Perimeter Institute, Kanada]

Moram reći da je to sad dobilo jednu novu važnost jer sad zaista imamo slike koje izgledaju kao simulacije. Došlo je do nevjerojatnog stapanja teorije i eksperimenta, i ono nam obećava golemi napredak na vidiku.

 16:06.0

[Pripovjedač]

Ovo povijesno postignuće velika je prekretnica u našem poimanju svemira, koja usto postavlja i novi model globalne suradnje u znanstvenom istraživanju.

16:19.8

[Govornik: Sheperd S. Doeleman]

Ono što mene možda i najviše nadahnjuje tim je koji smo izgradili i činjenica da radimo nešto za što su nam ljudi rekli da je nemoguće. I kada naposljetku postigneš nešto za što su ti ljudi rekli da nećeš moći postići, osjećaj je nevjerojatan, i mislim da je cijeli tim vrlo, vrlo ponosan na to što smo postigli nešto poput ovoga. Nismo to postigli samo za nas, nego za sve ljude.

 16:46.9

[Pripovjedač]

Širenje EHT-a omogućit će nam da istražimo dublja pitanja koja znanstvenike i vuku prema crnim rupama: koliko su naši zakoni fizike izdržljivi pred najekstremnijim uvjetima koje poznajemo?

Kako djeluju mehanika plina, zračenje i čestice oko crne rupe?

Koje su teorije točne, a koje će se slomiti pod preciznijim opažanjima?

Vrijeme će pokazati koje će tajne EHT sljedeće otkriti

Izvor: ESO

Preuzeto od Europskog južnog opservatorija, ”In the Shadow of the Black Hole”

Directed by: Lars Lindberg Christensen

Art Direction, Production Design: Martin Kornmesser

Written by: Sarah Leach, Laura Hiscott, Lars Lindberg Christensen and Calum Turner

3D animations and graphics: Martin Kornmesser and Luis Calçada

Editing: Martin Kornmesser

Producer: Herbert Zodet

Music: Johan B. Monell – Shadow of the Universe Part I-Shadow Of The Universe (parts 1-5) (www.johanmonell.com) and Stellardrone – Galaxies.

Footage and photos: ESO, Event Horizon Telescope Collaboration, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), IRAM/Diverticimes/Cinedia, Max Planck Institute for Radio Astronomy, BlackHoleCam/Radboud University/Cristian Afker/Cafker Productions, Digitized Sky Survey 2, De Gasperin et al., Kim et al.,  mediomix, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/General Dynamics C4 Systems, Nicolle R. Fuller/NSF, Jordy Davelaar et al., B. Tafreshi (twanight.org), C. Malin (christophmalin.com), Glen Petitpas/SMA,P. Horálek, James Lowenthal (Dept. of Astronomy, Smith College), J. Weintroub, SMT/Used with permission from University of Arizona, David Harvey, photographer, William Montgomerie/JCMT/EAO,LMT/INAOE Archive, M. Druckmüller, P. Aniol SMT/University of Arizona by Bob Demers /©2019 Arizona Board of Regents, Junhan Kim (Department of Astronomy and Steward Observatory, University of Arizona), Spaceengine.org, L. Calçada, Y. Beletsky (LCO), M. Kornmesser, H. Zodet, ESA/Hubble,Onsala Space Observatory, Historische Museum Bern/Albert-Einstein-Archiv, Jerslem, Ferdinand Schmutzer, Royal Observatory, Greenwich, Jonathan Riley,Luca Micheli, Karl Schwarzschild image courtesy AIP Emilio Segrè Visual Archives, Afshin Darian/The Smithsonian Astrophysical Observatory Submillimeter Array, Thalia Traianou (Max Planck Institute for Radio Astronomy), Steven H. Keys and http://www.keysphotography.com, and Robert Schwarz (www.antarctic-adventures.de).

Scientific consultants: Paola Amico and Mariya Lyubenova.

Web and technical support: Mathias André and Raquel Yumi Shida.

Executive producer: Lars Lindberg Christensen.