Zoran Pusić: FOTOGRAFIJA CRNE RUPE (2)

Zoran Pusić
Autor 8.6.2019. u 08:37

Izdvajamo

  • Radioteleskopima su otkriveni i kvazi-zvijezdani radio izvori (quasi-stellar radio sources), quasari. Postepeno je ustanovljeno da quasari emitiraju neobjašnjive količine energije, da su objekti iz ranog svemira udaljeni od nas u vremenu i prostoru i desetak miljardi (svjetlosnih) godina i da se od Mlječnog puta udaljuju brzinama i do 50 hiljada koilometara u sekundi. Danas se smatra da su to ogromne crne rupe koje pod svoj horizont događaja uvlače svake minute materiju čija masa je nekoliko stotina puta veća od mase Zemlje, pri čemu se dobar dio te materije, prije nego nestane u crnoj rupi, pretvara u energiju.  Glavni nedostatak radioteleskopa bila je slaba rezolucija, moć razlučivanja.

Povezani članci

Zoran Pusić: FOTOGRAFIJA CRNE RUPE (2)

Foto: O Baricentro da Mente

Pomoću prvih astronomskih interferometara ustanovljeno je da se u središtu Mlječnog puta nalazi crna rupa. Središte naše galaksije 26 hiljada svjetlosnih godina je daleko i, gledano sa Zemlje, u smjeru je između sazviježđa Strijelca i Škorpiona. Pokazalo se da radiovalovi, prvi put registrirani na anteni Karla Janskog, nastaju negdje iznad horizonta događaja te crne rupe.

U vrijeme kad je Subrahmanyan Chandrasekhar putovao iz Indije u Englesku, na drugom kraju svijeta, u New Jersyu, Karl Jansky završio je konstrukciju dvadesetak metara dugačke i nekoliko metara široke antene za hvatanje radio signala. Par godina ranije Američka korporacija za telefone i telegrafe, AT&T, uspostavila je bežičnu telefonsku vezu, putem radiovalova, između Amerike i Europe. Da bi poboljšala kvalitetu telefonske veze AT&T je naručila od Bellovih laboratorija, novoosnovanog instituta u New Jersyu, istraživanje prirodnih izvora radiovalova koji su, kao šumovi, ometali telefonske razgovore.

Telefonski razgovori prenosili su se radiovalovima dužine desetak metara, tako da je Jansky, a to mu je bio prvi posao po diplomiranju studija fizike, konstruirao antenu odgovarajuće veličine i postavio je na postolje sa starim automobilskim kotačima kako bi se glomazna antena mogla okretati i primati signale iz svih smjerova.

Jansky pored svoje antene – foto: Bell Telephone Laboratories

Jansky je antenu spojio na zvučnik i mjesecima slušao različite vrste šumova u koje su antena i zvučnik pretvarali pristigle radiovalove. Malo po malo zaključio je da najglasniji šumovi dolaze od električnog pražnjenja, od munja, pri lokalnim nevremenima. Šumovi slabijeg intenziteta dolazili su od dalekih oluja. Osim toga postojala je još jedna vrsta vrlo slabog ali konstantnog šuma čiji izvor Jansky nije mogao odrediti. Zapravo taj šum nije predstavljao značajnu smetnju radio-telefonskim razgovorima i u svojim ispitivanjima Jansky ga je mogao mirno zanemariti. Ali upravo to da šum ne zna objasniti niti utvrditi njegov izvor potaklo ga je na daljnja istraživanja. Jedino što je Jansky, kroz dugotrajna i mukutrpna istraživanja ustanovio, bilo je da misteriozni izvor slabih radio valova ima maksimum u svom emitiranju svakih 24 sata. Zapravo, preciznim mjerenjem Jansky je našao da razmak između dva maksimuma zračenja nije točno 24 sata nego 23 sata i 56 minuta.

Jednom prilikom, pričajući svom kolegi, astronomu Melvinu Skelletu, o frustrirajućim pokušajima da utvrdi izvor slabih radiovalova, Jansky je spomenuo taj period između dva maksimuma zračenja. Skelletu, kao astronomu, odmah se „upalila lampica“.

Signal radio valova na anteni će biti najjači kad je put signala od izvora do antene najkraći. Ako signal dolazi na Zemlju iz svemira maksimum signala ponavljati će se svaki puta kad antena dođe u isti položaj prema izvoru, kad se Zemlja okrene oko svoje osi. Za promatrača koji je na Zemlji, Zemlja napravi puni krug, dođe u isti položaj prema Suncu, za 24 sata. Međutim, za tih 24 sata, jedan dan, Zemlja se pomakne na svom putu oko Sunca. Puni krug oko Sunca, 360 stupnjeva, Zemlja prođe za 365 dana, dakle prolazi gotovo točno jedan stupanj dnevno. Zbog tog jednog stupnja Zemlja se mora okrenuti oko svoje osi ne 360 stupnjeva nego 361 stupanj da bi došla u isti položaj prema Suncu; to ona čini za 24 sata. Ali iz perspektive dalekog svemira Zemlja se okrene za puni krug, 360 stupnjeva, u vremenu 24 sata minus vrijeme potrebno za ovaj dodatni stupanj. Vrijeme potrebno da se Zemlja okrene za jedan stupanj dobije se ako 24 sata podijelimo s 361 stupnjem; to je 4 minute.

Dakle, maksimum zračenja iz međuzvijezdanog prostora na anteni će se registrirati svaka 24 sata manje 4 minute, što je jednako 23 sata i 56 minuta!

Odjednom se sve razjasnilo. Misteriozni radiovalovi odgovorni za slabi ali stalni šum u komunikacijama nisu poticali ni od aktivnosti na Zemlji ni od aktivnosti na Suncu, nego su dolazili iz izvora izvan Sunčevog sistema[1].

Pogled sa zvijezda na Sunce u Zemlju. Iz te perspektive puni okret Zemlje traje 23h 56min. Zemlja dođe u isti položaj prema Suncu kad se zakrene još za jedan stupanj, za 24h.

Jansky je okretanjem i podešavanjem antene odredio da ti radiovalovi dolaze negdje iz sazviježđa Strijelac.

Rezultat svog rada Jansky je iznio u stručnom članku. Neki novinar New York Timesa naišao je na taj članak i uskoro je Times na naslovnici objavio priču o radio signalima iz svemira. Kako su radio signali u predodžbi većine ljudi bili vezani za komunikaciju, dobar dio „nestručne javnosti“ bio je uvjeren da se radi o signalima vanzemaljaca. S druge strane, veći dio „stručne javnosti“, prije svih astronomi, nije prepoznao značaj onoga na što je rad Janskog jasno upućivao: Da se važne informacije o svemiru mogu dobiti i elektromagnetskim valovima duljina različitih od vidljive svijetlosti – elektromagnetskih valova dužine između sedam i četiri desettisućinke milimetra, tek malog dijela u širokom spektru elektromagnetskih valova.

Razvoj radioastronomije počeo je petnaestak godina poslije ovog pionirskog i na pola zaboravljenog otkrića Karla Janskog. Pokazalo se da postoje galaksije koje su snažan izvor radiovalova, registrirale su ih velike, tanjuraste antene radioteleskopa, a optičkim teleskopima su bile gotovo nevidljive. Radioteleskopima su otkriveni i kvazi-zvijezdani radio izvori (quasi-stellar radio sources), quasari. Postepeno je ustanovljeno da quasari emitiraju neobjašnjive količine energije, da su objekti iz ranog svemira udaljeni od nas u vremenu i prostoru i desetak miljardi (svjetlosnih) godina i da se od Mlječnog puta udaljuju brzinama i do 50 hiljada koilometara u sekundi. Danas se smatra da su to ogromne crne rupe koje pod svoj horizont događaja uvlače svake minute materiju čija masa je nekoliko stotina puta veća od mase Zemlje, pri čemu se dobar dio te materije, prije nego nestane u crnoj rupi, pretvara u energiju.

Glavni nedostatak radioteleskopa bila je slaba rezolucija, moć razlučivanja.

Moć razlučivanja našeg oka okulist mjeri tako da nas posjedne na udaljenost d od tabele ispisane redovima slova sve manje veličine i ustanovljava najmanju veličinu slova, označimo ju s, koju još možemo pročitati. Omjer / uzima se kao mjera rezolucije; kod okulista rezolucije našeg oka, ali to isto vrijedi za optičke i radio teleskope, gdje je udaljenost od objekta promatranja do objektiva, odnosno tanjuraste antene, a  najmanji razmak između točaka na objektu koje instrument još može razlučiti.

Omjer

za teleskop je najmanji kut[2] razlučivanja dvije točke.

Ustanovljeno je da je kod teleskopa taj minimalni kut proporcionalan valnoj dužini λ svjetlosti, odnosno radiovalova pristiglih do promatrača, a obrnuto proporcionalan promjeru D objektiva optičkog teleskopa, odnosno tanjuraste antene radioteleskopa. Za rezoluciju (radio)teleskopa vrijedi jednakost

Kako su milimetarski radiovalovi oko tisuću puta duži od valova vidljive svjetlosti, a promjer pomičnih tanjura radioteleskopa samo desetak puta veći od promjera objektiva velikih optičkih teleskopa, biti će minimalni kut razlučivanja za optičke teleskope oko sto puta manji, odnosno rezolucija će biti oko sto puta bolja.

Taj nedostatak riješen je tako da su kablovima povezana dva ili više radioteleskopa međusobno udaljena za iznos B. Zbog razmaka duljine B njihove antene ne primaju signal, radiovalove dužine λ, istovremeno i primljeni signali se sinhroniziraju kroz proces interferencije, zbrajanjem pristiglih radiovalova. Tim postupkom dobije se da rezolucija povezanih antena, međusobno udaljenih za B, postane približno jednaka rezoluciji koju bi imao radioteleskop s tanjurastom antenom promjera B.

Takvi umreženi radioteleskopi zovu se astronomski interferometri s bazom B. Rezolucija astronomskog interferometra postaje

Astronomski interferometar – niz umreženih radioteleskopa između kojih je najveća udaljenost B (foto Hajor)

Ako je duljina baze B jedan kilometar ili više, rezolucija astronomskog interferometra usporediva je s rezolucijom velikih optičkih teleskopa.

Pomoću prvih astronomskih interferometara ustanovljeno je da se u središtu Mlječnog puta nalazi crna rupa. Središte naše galaksije 26 hiljada svjetlosnih godina je daleko i, gledano sa Zemlje, u smjeru je između sazviježđa Strijelca i Škorpiona. Pokazalo se da radiovalovi, prvi put registrirani na anteni Karla Janskog, nastaju negdje iznad horizonta događaja te crne rupe.

 

[1] Nevjerojatno je ali istinito da se priča identična ovoj oko otkrića radiovalova koji dolaze iz svemira, ponovila tridesetak godina kasnije. Na istom mjestu, na brežuljcima New Jersya, dva fizičara iz Bellovih laboratorija mučila su se 1963. godine s konstantnim smetnjama na anteni originalno konstruiranoj za primanje signala sa satelita, da bi na kraju ta smetnja postala jedno od velikih otkrića 20. stoljeća, pozadinsko svemirsko zračenje ostalo od nastanka svemira u Velikom prasku.

[2] Kut je ovdje izražen u radijanima, mjeri kuta kao omjeru duljine luka i duljine pripadnog radijusa; npr. pravi kut ima mjeru 90 stupnjeva u stupnjevima, odnosno pi pola, 3.14../2 , u radijanima.

Monitor

Zoran Pusić
Autor 8.6.2019. u 08:37

Tacno.net Aplikacija

Aplikacija