Fizicienii contestă o afirmație privind detectarea unui „inel de fotoni” al unei găuri negre

Prima imagine a unei găuri negre poate ascunde o comoară – dar fizicienii nu sunt de acord dacă a fost găsită.

O echipă de oameni de știință afirmă că au descoperit un inel de fotoni, un halou subțire de lumină în jurul găurii negre supermasive din galaxia M87. Dacă este real, inelul de fotoni ar oferi o nouă sondă a gravitației intense a găurii negre. Însă alți oameni de știință contestă această afirmație. În ciuda multiplelor titluri de știri care sugerează că inelul fotonic a fost găsit, mulți fizicieni rămân neconvinși.

Dezvăluită în 2019 de către oamenii de știință cu Telescopul Event Horizon, sau EHT, prima imagine a unei găuri negre a dezvăluit o strălucire în formă de gogoașă de la materia fierbinte care se învârte în jurul siluetei întunecate a găurii negre (SN: 4/10/19). Dar, conform teoriei generale a relativității a lui Einstein, un inel mai subțire ar trebui să se suprapună peste acea gogoașă groasă. Acest inel este produs de fotoni, sau particule de lumină, care orbitează în apropierea găurii negre, care sunt purtați de gravitația mastodontului înainte de a scăpa și de a zbura spre Pământ.

Datorită acestei circumnavigații, fotonii ar trebui să furnizeze „o amprentă a gravitației”, dezvăluind mai clar proprietățile găurii negre, spune astrofizicianul Avery Broderick de la Universitatea din Waterloo și de la Institutul Perimeter pentru Fizică Teoretică din Canada. El și colegii săi, un subgrup de oameni de știință din cadrul colaborării EHT, au folosit o nouă metodă pentru a descoperi această amprentă digitală, informează aceștia în numărul din 10 august al publicației Astrophysical Journal.

Crearea de imagini cu EHT nu este o simplă afacere de tip point-and-shoot (SN: 4/10/19). Cercetătorii pun cap la cap datele provenite de la echipa de observatoare ale EHT, împrăștiate pe tot globul, folosind diverse tehnici de calcul pentru a reconstrui o imagine. Broderick și colegii săi au creat o nouă imagine a găurii negre presupunând că aceasta prezintă atât o emisie difuză, cât și un inel subțire. În trei din cele patru zile de observații, datele s-au potrivit mai bine cu o imagine cu inelul subțire adăugat decât cu una fără inel.

Dar această metodă a atras critici dure. „Afirmația privind detectarea unui inel de fotoni este absurdă”, spune fizicianul Sam Gralla de la Universitatea din Arizona din Tucson.

Un punct principal de dispută: Inelul de fotoni este mai strălucitor decât se aștepta, emițând aproximativ 60% din lumina din imagine. Conform previziunilor, ar trebui să fie mai mult de 20 la sută. „Acesta este un steag roșu uriaș”, spune fizicianul Alex Lupsasca de la Universitatea Vanderbilt din Nashville. Mai multă lumină ar trebui să provină de la gogoașa luminoasă principală a găurii negre decât de la inelul subțire de fotoni.

Această luminozitate neașteptată, spun Broderick și colegii săi, apare deoarece o parte din lumina de la strălucirea principală este adunată cu inelul de fotoni. Astfel, luminozitatea aparentă a inelului nu depinde doar de lumina care provine din inel. Cercetătorii notează că același efect a apărut atunci când au testat metoda pe date simulate.

Dar această amestecare a luminii presupusului inel de fotoni cu alte lumini nu face ca detecția să fie foarte convingătoare, spun criticii. „Dacă doriți să susțineți că ați văzut un inel de fotoni, cred că trebuie să faceți o treabă mai bună decât aceasta”, spune astrofizicianul Dan Marrone de la Universitatea din Arizona, membru al colaborării EHT, care nu a fost coautor la noua lucrare.

Noul rezultat sugerează doar că un inel subțire adăugat oferă o potrivire mai bună cu datele, spune Marrone, nu dacă această formă este asociată cu inelul fotonic. Astfel, se ridică întrebarea dacă oamenii de știință văd un inel de fotoni, sau doar aleg o structură fără legătură în imagine.

Dar Broderick susține că trăsăturile inelului – faptul că dimensiunea și locația sa sunt cele așteptate și sunt consecvente zi de zi – susțin interpretarea inelului fotonic.

Între timp, într-o analiză similară, independentă, Gralla și fizicianul Will Lockhart, tot de la Universitatea din Arizona, nu găsesc nicio dovadă pentru un inel de fotoni, raportează ei într-o lucrare depusă la 22 august la arXiv.org. Analiza lor diferă de cea a lui Broderick și a colegilor în parte pentru că a limitat cât de luminos ar putea fi inelul de fotoni.

Pentru a detecta în mod convingător inelul de fotoni, unii oameni de știință propun adăugarea de telescoape în spațiu la echipa de observatoare a EHT (SN: 3/18/20). Cu cât telescoapele din rețea sunt mai depărtate, cu atât mai multe detalii pot fi capabile să distingă – inclusiv, eventual, inelul de fotoni.

„Dacă ar exista o detectare a inelului fotonic”, spune Lupsasca, „ar fi cel mai bun lucru din fizică în acest an, dacă nu pentru mulți ani”.