Πώς μπορούμε να παρατηρήσουμε κάτι που δεν μπορούμε να δούμε; Αυτή είναι η βασική ερώτηση κάποιου που ενδιαφέρεται να ανακαλύψει και να μελετήσει τις μαύρες τρύπες. Και αυτό γιατί οι μαύρες τρύπες είναι αντικείμενα των οποίων η έλξη της βαρύτητας είναι τόσο έντονη που τίποτα δε δύναται να διαφύγει από αυτή, ούτε ακόμη το φως, με αποτέλεσμα να μην μπορούμε να τις παρατηρήσουμε άμεσα.
How do you observe something you can't see? This is the basic question of somebody who's interested in finding and studying black holes. Because black holes are objects whose pull of gravity is so intense that nothing can escape it, not even light, so you can't see it directly.
Έτσι λοιπόν, η σημερινή μου ιστορία για τις μαύρες τρύπες αφορά μια συγκεκριμένη μαύρη τρύπα. Ενδιαφέρομαι να ανακαλύψω αν υπάρχει ή όχι μια πραγματικά βαρέα ή όπως αλλιώς αποκαλείται "υπερμεγέθης" μαύρη τρύπα στο κέντρο του Γαλαξία μας. Και ο λόγος που αυτό είναι ενδιαφέρον είναι το ότι μας δίνεται η ευκαιρία να αποδείξουμε το εάν πραγματικά υπάρχουν ή όχι αυτά τα εξωτικά αντικείμενα. Επίσης, μας δίνεται η ευκαιρία να κατανοήσουμε το πως αυτές οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον τους και το πως επηρεάζουν τον σχηματισμό και τη μετέπειτα εξέλιξη των γαλαξιών στους οποίους εμπεριέχονται.
So, my story today about black holes is about one particular black hole. I'm interested in finding whether or not there is a really massive, what we like to call "supermassive" black hole at the center of our galaxy. And the reason this is interesting is that it gives us an opportunity to prove whether or not these exotic objects really exist. And second, it gives us the opportunity to understand how these supermassive black holes interact with their environment, and to understand how they affect the formation and evolution of the galaxies which they reside in.
Έτσι λοιπόν, για να ξεκινήσουμε, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε το τι ακριβώς είναι μια μαύρη τρύπα προκειμένου να κατανοήσουμε την απόδειξη της ύπαρξης μιας μαύρης τρύπας. Τι είναι λοιπόν μια μαύρη τρύπα; Από πολλές απόψεις μια μαύρη τρύπα είναι ένα απίστευτα απλό αντικείμενο, εφόσον μπορεί να περιγραφεί με μόνο τρία χαρακτηριστικά: τη μάζα, την περιστροφή και το φορτίο. Και θα μιλήσω μόνο για τη μάζα. Έτσι, με αυτή την έννοια είναι ένα πολύ απλό αντικείμενο. Αλλά με μια άλλη έννοια είναι ένα απίστευτα πολύπλοκο αντικείμενο που χρειαζόμαστε σχεδόν "εξωτική" φυσική προκειμένου να το περιγράψουμε και κατά μια έννοια αντιπροσωπεύει τη κατάρρευση των φυσικών νόμων κατανόησης του σύμπαντος.
So, to begin with, we need to understand what a black hole is so we can understand the proof of a black hole. So, what is a black hole? Well, in many ways a black hole is an incredibly simple object, because there are only three characteristics that you can describe: the mass, the spin, and the charge. And I'm going to only talk about the mass. So, in that sense, it's a very simple object. But in another sense, it's an incredibly complicated object that we need relatively exotic physics to describe, and in some sense represents the breakdown of our physical understanding of the universe.
Αλλά σήμερα, ο τρόπος που θέλω να κατανοήσετε μια μαύρη τρύπα, προκειμένου να κατανοήσετε την απόδειξη της ύπαρξής μιας μαύρης τρύπας, είναι το να την διανοηθείτε ως ένα αντικείμενο του οποίου η μάζα είναι περιορισμένη σε μηδενικό όγκο. Έτσι, παρά το γεγονός ότι πρόκειται να σας μιλήσω σχετικά με ένα αντικείμενο που είναι υπερμεγέθες, και θα σας πω σε λίγο τι πραγματικά σημαίνει αυτό, δεν έχει πεπερασμένο μέγεθος. Αυτό λοιπόν, είναι λίγο δύσκολο.
But today, the way I want you to understand a black hole, for the proof of a black hole, is to think of it as an object whose mass is confined to zero volume. So, despite the fact that I'm going to talk to you about an object that's supermassive, and I'm going to get to what that really means in a moment, it has no finite size. So, this is a little tricky.
Αλλά ευτυχώς υπάρχει ένα πεπερασμένο μέγεθος που μπορούμε να παρατηρήσουμε και αυτό είναι γνωστό ως ακτίνα Σβάρτσιλντ. Και ονομάστηκε έτσι από τον άνθρωπο που διέκρινε πρώτος το γιατί ήταν μία σημαντική ακτίνα. Αυτή η ακτίνα είναι εικονική, όχι πραγματική, εφόσον η μαύρη τρύπα δεν έχει μέγεθος. Γιατί λοιπόν είναι τόσο σημαντική; Είναι σημαντική γιατί μας πληροφορεί ότι οποιοδήποτε αντικείμενο δύναται να μετατραπεί σε μαύρη τρύπα. Αυτό σημαίνει πως εσείς, ο γείτονάς σας, το κινητό σας τηλέφωνο, η αίθουσα συνεδριάσεων, μπορούν να μετατραπούν σε μαύρη τρύπα, εφόσον βρεθεί τρόπος να συμπιεστούν στο μέγεθος την ακτίνας Σβάρτσιλντ.
But fortunately there is a finite size that you can see, and that's known as the Schwarzschild radius. And that's named after the guy who recognized why it was such an important radius. This is a virtual radius, not reality; the black hole has no size. So why is it so important? It's important because it tells us that any object can become a black hole. That means you, your neighbor, your cellphone, the auditorium can become a black hole if you can figure out how to compress it down to the size of the Schwarzschild radius.
Σε αυτό το σημείο, τι πρόκειται να συμβεί; Στο σημείο αυτό η βαρύτητα υπερισχύει. Η βαρύτητα υπερισχύει σε όλες τις υπόλοιπες γνωστές δυνάμεις. Και το αντικείμενο αναγκάζεται να συνεχίσει να καταρρέει προς ένα απείρως μικρό αντικείμενο. Και μετά μετατρέπεται σε μια μαύρη τρύπα. Αν λοιπόν μπορούσα να συμπιέσω τη Γη στο μέγεθος ενός κύβου ζάχαρης, αυτή θα γινόταν μια μαύρη τρύπα, γιατί το μέγεθος ενός κύβου ζάχαρης αποτελεί για τη Γη την ακτίνα Σβάρτσιλντ.
At that point, what's going to happen? At that point gravity wins. Gravity wins over all other known forces. And the object is forced to continue to collapse to an infinitely small object. And then it's a black hole. So, if I were to compress the Earth down to the size of a sugar cube, it would become a black hole, because the size of a sugar cube is its Schwarzschild radius.
Τώρα, το σημαντικό εδώ είναι το να κατανοήσουμε τι ακριβώς είναι αυτή η ακτίνα Σβάρτσιλντ. Και φαίνεται τελικά ότι είναι αρκετά απλό στην κατανόηση. Εξαρτάται μόνο από τη μάζα του αντικειμένου. Τα μεγαλύτερα αντικείμενα έχουν μεγαλύτερες ακτίνες Σβάρτσιλντ. Τα μικρότερα αντικείμενα έχουν μικρότερες ακτίνες Σβάρτσιλντ. Έτσι, αν θεωρήσουμε τον Ήλιο και τον συμπιέσουμε στο μέγεθος του πανεπιστημίου της Οξφόρδης, αυτός θα μετατραπεί σε μαύρη τρύπα.
Now, the key here is to figure out what that Schwarzschild radius is. And it turns out that it's actually pretty simple to figure out. It depends only on the mass of the object. Bigger objects have bigger Schwarzschild radii. Smaller objects have smaller Schwarzschild radii. So, if I were to take the sun and compress it down to the scale of the University of Oxford, it would become a black hole.
Έτσι, τώρα γνωρίζουμε τι είναι η ακτίνα Σβάρτσιλντ. Και είναι πραγματικά μια χρήσιμη έννοια, γιατί όχι μόνο μας πληροφορεί για το πότε θα σχηματιστεί μια μαύρη τρύπα, αλλά μας παρέχει και τα βασικά στοιχεία για την απόδειξη της ύπαρξης της μαύρης τρύπας. Χρειάζομαι μόνο δύο πράγματα. Χρειάζεται να γνωρίζω τη μάζα του αντικειμένου που ισχυρίζομαι ότι αποτελεί μια μαύρη τρύπα, και ποια είναι η ακτίνα Σβάρτσιλντ που αυτό έχει. Και εφόσον η μάζα του αντικειμένου καθορίζει την ακτίνα Σβάρτσιλτ που έχει, χρειάζεται να γνωρίζω μόνο ένα χαρακτηριστικό.
So, now we know what a Schwarzschild radius is. And it's actually quite a useful concept, because it tells us not only when a black hole will form, but it also gives us the key elements for the proof of a black hole. I only need two things. I need to understand the mass of the object I'm claiming is a black hole, and what its Schwarzschild radius is. And since the mass determines the Schwarzschild radius, there is actually only one thing I really need to know.
Έτσι, προκειμένου να σας πείσω ότι υπάρχει μια μαύρη τρύπα, πρέπει να σας δείξω ότι υπάρχει ένα αντικείμενο που βρίσκεται περιορισμένο εντός της ακτίνας Σβάρτσιλντ. Και εσείς από την πλευρά σας πρέπει να είστε δύσπιστοι. Εντάξει, λοιπόν, θα σας μιλήσω για μια ασυνήθιστη μαύρη τρύπα. Θα σας μιλήσω για υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες.
So, my job in convincing you that there is a black hole is to show that there is some object that's confined to within its Schwarzschild radius. And your job today is to be skeptical. Okay, so, I'm going to talk about no ordinary black hole; I'm going to talk about supermassive black holes.
Θα ήθελα να πω λίγα λόγια σχετικά με το τι είναι μια συνηθισμένη μαύρη τρύπα, σαν να είναι εφικτό το να υπάρχει μια συνηθισμένη μαύρη τρύπα. Μια συνηθισμένη μαύρη τρύπα θεωρείται ότι είναι το τελικό στάδιο της ζωής ενός πραγματικά ογκώδους άστρου. Έτσι, αν ένα άστρο ξεκινά τη ζωή του με πολύ μεγαλύτερη μάζα από τη μάζα του Ήλιου θα τελειώσει τη ζωή του με μία έκρηξη που θα αφήσει πίσω της αυτά τα όμορφα απομεινάρια υπερκαινοφανούς αστέρα που βλέπουμε εδώ. Και μέσα στα απομεινάρια αυτού του υπερκαινοφανούς αστέρα πρόκειται να δημιουργηθεί μια μικρή μαύρη τρύπα που θα έχει περίπου τρείς φορές τη μάζα του Ήλιου. Σε αστρονομική κλίμακα αυτή είναι μια πολύ μικρή μαύρη τρύπα.
So, I wanted to say a few words about what an ordinary black hole is, as if there could be such a thing as an ordinary black hole. An ordinary black hole is thought to be the end state of a really massive star's life. So, if a star starts its life off with much more mass than the mass of the Sun, it's going to end its life by exploding and leaving behind these beautiful supernova remnants that we see here. And inside that supernova remnant is going to be a little black hole that has a mass roughly three times the mass of the Sun. On an astronomical scale that's a very small black hole.
Τώρα, το θέμα που θέλω να σας μιλήσω είναι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Και οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες θεωρείται ότι βρίσκονται στο κέντρο των γαλαξιών. Και αυτή η όμορφη φωτογραφία που έχει τραβηχτεί από το τηλεσκόπιο Χάμπλ δείχνει πως οι γαλαξίες έχουν διάφορα σχήματα και μεγέθη. Υπάρχουν μεγάλοι γαλαξίες. Υπάρχουν μικροί γαλαξίες. Σχεδόν όλα τα αντικείμενα σε αυτή τη φωτογραφία είναι γαλαξίες. Και υπάρχει ένας πολύ όμορφος σπειροειδής γαλαξίας στην πάνω αριστερά γωνία. Και υπάρχουν εκατοντάδες δισεκατομμύρια αστέρες σε αυτόν το γαλαξία, για να σας δώσω μία αίσθηση της κλίμακας. Και όλο το φως που βλέπουμε από έναν τυπικό γαλαξία, που είναι το είδος των γαλαξιών που βλέπουμε εδώ, προέρχεται από το φως των αστεριών. Έτσι, βλέπουμε τον γαλαξία επειδή βλέπουμε το φως των αστεριών που τον αποτελούν.
Now, what I want to talk about are the supermassive black holes. And the supermassive black holes are thought to reside at the center of galaxies. And this beautiful picture taken with the Hubble Space Telescope shows you that galaxies come in all shapes and sizes. There are big ones. There are little ones. Almost every object in that picture there is a galaxy. And there is a very nice spiral up in the upper left. And there are a hundred billion stars in that galaxy, just to give you a sense of scale. And all the light that we see from a typical galaxy, which is the kind of galaxies that we're seeing here, comes from the light from the stars. So, we see the galaxy because of the star light.
Τώρα, υπάρχουν λίγοι σχετικά "εξωτικοί" γαλαξίες. Μου αρέσει να τους αποκαλώ "πριμαντόνες" των γαλαξιών, επειδή είναι "φιγουρατζήδες" γαλαξίες. Και τους αποκαλούμε γαλαξίες με ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες. Και τους αποκαλούμε έτσι επειδή οι πυρήνες τους ή τα κέντρα τους, είναι πολύ ενεργά. Έτσι, εκεί στο κέντρο, βρίσκεται το σημείο όπου προέρχεται το περισσότερο αστρικό φως. Και παρόλα αυτά, αυτό που βλέπουμε στην πραγματικότητα είναι φως που δεν μπορεί να δικαιολογηθεί ως απλό φως. Είναι κάτι πολύ πιο ενεργητικό. Στην πραγματικότητα, σε μερικές περιπτώσεις είναι σαν και αυτά που βλέπουμε εδώ. Υπάρχουν επίσης πίδακες που προέρχονται από το κέντρο. Και πάλι, είναι μια μορφή ενέργειας που είναι πολύ δύσκολο να εξηγηθεί αν μόνο αναλογιστούμε ότι οι γαλαξίες αποτελούνται από άστρα.
Now, there are a few relatively exotic galaxies. I like to call these the prima donna of the galaxy world, because they are kind of show offs. And we call them active galactic nuclei. And we call them that because their nucleus, or their center, are very active. So, at the center there, that's actually where most of the starlight comes out from. And yet, what we actually see is light that can't be explained by the starlight. It's way more energetic. In fact, in a few examples it's like the ones that we're seeing here. There are also jets emanating out from the center. Again, a source of energy that's very difficult to explain if you just think that galaxies are composed of stars.
Έτσι, αυτό που σκέφτηκαν οι επιστήμονες είναι το ότι ίσως πρόκειται για υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες μέσα στις οποίες "πέφτει" η ύλη. Έτσι, δεν μπορείτε να δείτε την ίδια τη μαύρη τρύπα, αλλά μπορείτε να μετατρέψετε τη βαρυτική ενέργεια της μαύρης τρύπας σε φως που βλέπουμε. Έτσι, υπάρχει η ιδέα ότι ίσως οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες υπάρχουν στο κέντρο των γαλαξιών. Αλλά αυτό είναι ένα έμμεσο επιχείρημα.
So, what people have thought is that perhaps there are supermassive black holes which matter is falling on to. So, you can't see the black hole itself, but you can convert the gravitational energy of the black hole into the light we see. So, there is the thought that maybe supermassive black holes exist at the center of galaxies. But it's a kind of indirect argument.
Παρόλα αυτά, δίνει αφορμή για την ιδέα ότι ίσως αυτοί οι γαλαξίες "πριμαντόνες" να μην είναι οι μόνοι που έχουν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, αλλά μάλλον όλοι οι γαλαξίες έχουν την δυνατότητα να φιλοξενούν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στα κέντρα τους. Και εάν συμβαίνει αυτό -- και αυτό είναι ένα παράδειγμα ενός κανονικού γαλαξία -- αυτό που βλέπουμε είναι αστρικό φως. Και εάν υπάρχει μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα, αυτό που πρέπει να υποθέσουμε είναι ότι είναι μια μαύρη τρύπα σε δίαιτα. Επειδή αυτός είναι ο τρόπος για να κατασταλούν τα ενεργητικά φαινόμενα που παρατηρούμε στους ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες.
Nonetheless, it's given rise to the notion that maybe it's not just these prima donnas that have these supermassive black holes, but rather all galaxies might harbor these supermassive black holes at their centers. And if that's the case -- and this is an example of a normal galaxy; what we see is the star light. And if there is a supermassive black hole, what we need to assume is that it's a black hole on a diet. Because that is the way to suppress the energetic phenomena that we see in active galactic nuclei.
Εάν πρόκειται να αναζητήσουμε αυτές τις "κρυμμένες" μαύρες τρύπες στα κέντρα των γαλαξιών, το καλύτερο μέρος για να ψάξουμε είναι στο δικό μας Γαλαξία, τον Μίλκυ Γουέι. Και αυτή είναι μια φωτογραφία με ευρύ πεδίο που απεικονίζει το κέντρο του γαλαξία μας. Και αυτό που βλέπουμε είναι μια γραμμή από αστέρες. Και αυτό συμβαίνει επειδή ζούμε σε έναν γαλαξία ο οποίος έχει δομή πεπλατυσμένου δίσκου. Και ζούμε στο κέντρο του δίσκου, έτσι ώστε όταν κοιτάμε προς το κέντρο του, βλέπουμε αυτό το επίπεδο το οποίο καθορίζει και το επίπεδο του γαλαξία ή τη γραμμή που ορίζει το επίπεδο του γαλαξία.
If we're going to look for these stealth black holes at the center of galaxies, the best place to look is in our own galaxy, our Milky Way. And this is a wide field picture taken of the center of the Milky Way. And what we see is a line of stars. And that is because we live in a galaxy which has a flattened, disk-like structure. And we live in the middle of it, so when we look towards the center, we see this plane which defines the plane of the galaxy, or line that defines the plane of the galaxy.
Τώρα, το πλεονέκτημα της μελέτης του γαλαξιακού μας κέντρου είναι το ότι απλά είναι το πλησιέστερο γαλαξιακό κέντρο που πρόκειται ποτέ να μελετήσουμε, επειδή ο επόμενος κοντινότερος γαλαξίας είναι 100 φορές πιο μακριά. Έτσι, μπορούμε να διακρίνουμε πολύ περισσότερες λεπτομέρειες στο γαλαξία μας παρά οπουδήποτε αλλού. Και όπως πρόκειται να δείτε σε λίγο, η ικανότητα του να διακρίνουμε λεπτομέρειες είναι σημαντική γι' αυτό το πείραμα.
Now, the advantage of studying our own galaxy is it's simply the closest example of the center of a galaxy that we're ever going to have, because the next closest galaxy is 100 times further away. So, we can see far more detail in our galaxy than anyplace else. And as you'll see in a moment, the ability to see detail is key to this experiment.
Πως λοιπόν οι αστρονόμοι αποδεικνύουν ότι υπάρχει μεγάλη ποσότητα μάζας μέσα σε ένα μικρό όγκο; Αυτό πρόκειται να σας παρουσιάσω σήμερα. Και το εργαλείο που χρησιμοποιούμε είναι το να παρατηρούμε τον τρόπο που τα άστρα περιφέρονται γύρω από μία μαύρη τρύπα. Τα αστέρια θα βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τη μαύρη τρύπα με τον ίδιο ακριβώς τρόπο που οι πλανήτες περιφέρονται γύρω από τον Ήλιο. Είναι η βαρυτική έλξη που θέτει αυτά τα αντικείμενα σε τροχιά. Εάν δεν υπήρχαν αυτές οι μεγάλες ποσότητες μάζας τότε θα έχαναν τη συνοχή τους ή τουλάχιστον θα κινούνταν με πολύ αργό ρυθμό επειδή αυτό που καθορίζει το πώς κινούνται είναι η ποσότητα της μάζας που βρίσκεται εντός της τροχιάς τους.
So, how do astronomers prove that there is a lot of mass inside a small volume? Which is the job that I have to show you today. And the tool that we use is to watch the way stars orbit the black hole. Stars will orbit the black hole in the very same way that planets orbit the sun. It's the gravitational pull that makes these things orbit. If there were no massive objects these things would go flying off, or at least go at a much slower rate because all that determines how they go around is how much mass is inside its orbit.
Αυτό λοιπόν είναι θαυμάσιο, επειδή όπως θα θυμάστε δουλειά μου είναι να σας δείξω πως υπάρχει πολύ μάζα περιορισμένη σε ένα μικρό όγκο. Έτσι, εάν γνωρίζω το πόσο γρήγορα κινείται, γνωρίζω ταυτόχρονα και τη μάζα. Και εάν γνωρίζω την κλίμακα της τροχιάς γνωρίζω και την ακτίνα. Έτσι, θέλω να παρατηρήσω τους αστέρες που βρίσκονται όσο το δυνατόν πιο κοντά στο κέντρο του γαλαξία. Επειδή θέλω να δείξω ότι υπάρχει μάζα στο εσωτερικό μιας μικρής περιοχής Έτσι, αυτό σημαίνει ότι θέλω να παρατηρήσω με μεγάλη λεπτομέρεια. Και αυτός είναι ο λόγος που γι' αυτό το πείραμα χρησιμοποιήσαμε το μεγαλύτερο τηλεσκόπιο του κόσμου.
So, this is great, because remember my job is to show there is a lot of mass inside a small volume. So, if I know how fast it goes around, I know the mass. And if I know the scale of the orbit I know the radius. So, I want to see the stars that are as close to the center of the galaxy as possible. Because I want to show there is a mass inside as small a region as possible. So, this means that I want to see a lot of detail. And that's the reason that for this experiment we've used the world's largest telescope.
Αυτό είναι το παρατηρητήριο Κεκ. Αποτελείται από δύο τηλεσκόπια με κατοπτρική επιφάνεια 10 μέτρων, που είναι χονδρικά η διάμετρος ενός γηπέδου τέννις. Τώρα, αυτό είναι θαυμάσιο επειδή ο κανόνας των μεγάλων τηλεσκοπίων αναφέρει ότι όσο μεγαλύτερο είναι το τηλεσκόπιο, τόσο αυξάνει η λεπτομέρεια που μπορούμε να παρατηρήσουμε. Αλλά αποδεικνύεται πως αυτά τα τηλεσκόπια ή οποιοδήποτε άλλο επίγειο τηλεσκόπιο δεν μπορούν να ανταπεξέλθουν στις απαιτήσεις της προσπάθειας αυτής. Και αυτό οφείλεται στην ατμόσφαιρα. Η ατμόσφαιρα είναι ωφέλιμη για εμάς. Μας επιτρέπει να επιβιώνουμε εδώ στη Γη. Αλλά είναι σχετικά προβληματική για τους αστρονόμους που θέλουν να παρατηρήσουν το σύμπαν μέσα από την ατμόσφαιρα.
This is the Keck observatory. It hosts two telescopes with a mirror 10 meters, which is roughly the diameter of a tennis court. Now, this is wonderful, because the campaign promise of large telescopes is that is that the bigger the telescope, the smaller the detail that we can see. But it turns out these telescopes, or any telescope on the ground has had a little bit of a challenge living up to this campaign promise. And that is because of the atmosphere. Atmosphere is great for us; it allows us to survive here on Earth. But it's relatively challenging for astronomers who want to look through the atmosphere to astronomical sources.
Έτσι λοιπόν, για να σας δώσω ένα παράδειγμα, είναι σαν να κοιτάς ένα βότσαλο στον πυθμένα ενός ρέματος. Κοιτώντας το βότσαλο στον πυθμένα του ρέματος, το ρέμα κινείται συνεχώς και αναταράσσεται, και αυτό μας δυσκολεύει στο να διακρίνουμε το βότσαλο στον πυθμένα του ρέματος. Κατά τον ίδιο τρόπο, είναι πολύ δύσκολο να διακρίνουμε αστρικές πηγές, εξαιτίας της ατμόσφαιρας που κινείται συνεχώς.
So, to give you a sense of what this is like, it's actually like looking at a pebble at the bottom of a stream. Looking at the pebble on the bottom of the stream, the stream is continuously moving and turbulent, and that makes it very difficult to see the pebble on the bottom of the stream. Very much in the same way, it's very difficult to see astronomical sources, because of the atmosphere that's continuously moving by.
Έτσι, έχω ασχοληθεί αρκετά στην καριέρα μου αναζητώντας τρόπους διόρθωσης εξαιτίας της ατμόσφαιρας προκειμένου να έχουμε μια πιο καθαρή εικόνα. Και αυτό μας εξασφαλίζει έναν παράγοντα βελτίωσης της τάξης του 20. Και πιστεύω πως όλοι σας συμφωνείτε με το ότι εάν μπορείς να βρεις τρόπο ώστε να βελτιώσεις τη ζωή σου 20 φορές τότε πιθανόν να βελτιώσεις τον τρόπο ζωής σου αρκετά, με αποτέλεσμα να είναι αυτό φανερό στο μισθό σας, να είναι φανερό στα παιδιά σας.
So, I've spent a lot of my career working on ways to correct for the atmosphere, to give us a cleaner view. And that buys us about a factor of 20. And I think all of you can agree that if you can figure out how to improve life by a factor of 20, you've probably improved your lifestyle by a lot, say your salary, you'd notice, or your kids, you'd notice.
Και αυτή η κινούμενη εικόνα εδώ απεικονίζει ένα παράδειγμα των τεχνικών που χρησιμοποιούμε, που ονομάζονται τεχνικές ευπροσάρμοστων οπτικών. Βλέπετε ένα βίντεο που παρουσιάζει ένα παράδειγμα του τι θα βλέπαμε εάν δεν χρησιμοποιούσαμε αυτή την τεχνική. Με άλλα λόγια, είναι απλά μια εικόνα που απεικονίζει τα αστέρια, και το πλαίσιο απεικονίζει το κέντρο του γαλαξία όπου πιστεύουμε ότι βρίσκεται η μαύρη τρύπα. Έτσι, δίχως αυτή την τεχνολογία δεν μπορείτε να δείτε τα αστέρια. Με αυτή την τεχνολογία ξαφνικά μπορείτε να τα δείτε. Αυτή η τεχνολογία λειτουργεί με την εισαγωγή ενός κατόπτρου στο οπτικό σύστημα του τηλεσκοπίου το οποίο αλλάζει συνεχώς προκειμένου να εξαλείψει την επιρροή της ατμόσφαιρας. Έτσι είναι σαν ένα είδος εξειδικευμένων γυαλιών για το τηλεσκόπιο σας.
And this animation here shows you one example of the techniques that we use, called adaptive optics. You're seeing an animation that goes between an example of what you would see if you don't use this technique -- in other words, just a picture that shows the stars -- and the box is centered on the center of the galaxy, where we think the black hole is. So, without this technology you can't see the stars. With this technology all of a sudden you can see it. This technology works by introducing a mirror into the telescope optics system that's continuously changing to counteract what the atmosphere is doing to you. So, it's kind of like very fancy eyeglasses for your telescope.
Τώρα, στις επόμενες διαφάνειες πρόκειται να επικεντρωθώ σε εκείνο το μικρό πλαίσιο. Έτσι, πρόκειται να δούμε τα αστέρια που βρίσκονται στο εσωτερικό αυτού του μικρού πλαισίου, παρόλο που τα έχουμε κοιτάξει όλα. Έτσι, θέλω να παρατηρήσω το τρόπο με τον οποίο αυτά τα αντικείμενα έχουν μετακινηθεί. Και κατά τη διάρκεια αυτού του πειράματος τα άστρα αυτά μετακινήθηκαν σε τεράστιες αποστάσεις. Έτσι, διεξάγουμε αυτό το πείραμα εδώ και 15 χρόνια και έχουμε παρατηρήσει τα άστρα να περιφέρονται στις τροχιές τους.
Now, in the next few slides I'm just going to focus on that little square there. So, we're only going to look at the stars inside that small square, although we've looked at all of them. So, I want to see how these things have moved. And over the course of this experiment, these stars have moved a tremendous amount. So, we've been doing this experiment for 15 years, and we see the stars go all the way around.
Οι περισσότεροι αστρονόμοι έχουν ένα αγαπημένο άστρο και το δικό μου είναι το άστρο με την ονομασία SO-2. Το απόλυτα αγαπημένο μου αστέρι στο σύμπαν. Και αυτό γιατί ολοκληρώνει την τροχιά του σε μόλις 15 χρόνια. Και για να σας δώσω να καταλάβετε πόσο σύντομο χρονικό διάστημα είναι αυτό, ο Ήλιος χρειάζεται 200 εκατομμύρια χρόνια προκειμένου να ολοκληρώσει μια περιστροφή γύρω από το κέντρο του γαλαξία. Γνωστά άστρα, που βρίσκονται όσο το δυνατόν πλησιέστερα στο κέντρο του γαλαξία χρειάζονται 500 χρόνια. Και αυτό εδώ, αυτό εδώ ολοκληρώνει μια τροχιά σε χρόνο εντός μιας ανθρώπινης ζωής. Αυτό είναι κατά κάποιο τρόπο βαθυστόχαστο.
Now, most astronomers have a favorite star, and mine today is a star that's labeled up there, SO-2. Absolutely my favorite star in the world. And that's because it goes around in only 15 years. And to give you a sense of how short that is, the sun takes 200 million years to go around the center of the galaxy. Stars that we knew about before, that were as close to the center of the galaxy as possible, take 500 years. And this one, this one goes around in a human lifetime. That's kind of profound, in a way.
Αλλά είναι πολύ σημαντικό γι' αυτό το πείραμα. Η τροχιά με πληροφορεί για το πόση μάζα βρίσκεται εντός μιας πολύ μικρής ακτίνας Έτσι, στη συνέχεια βλέπουμε μια εικόνα που απεικονίζει πριν από αυτό πείραμα το μέγεθος που θα μπορούσαμε να περιορίσουμε τη μάζα στο κέντρο του γαλαξία. Αυτό που γνωρίζαμε, είναι ότι υπάρχουν τέσσερα εκατομμύρια ηλιακές μάζες στο εσωτερικό αυτού του κύκλου. Και όπως μπορείτε να δείτε, υπήρχαν και πολλά άλλα πράγματα μέσα σε αυτόν τον κύκλο. Μπορείτε να δείτε πολλά αστέρια. Έτσι υπήρχαν πολλές εναλλακτικές προτάσεις στην ιδέα ότι υπάρχει μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία, επειδή μπορούσαν να υπάρχουν εκεί πολλά πράγματα.
But it's the key to this experiment. The orbit tells me how much mass is inside a very small radius. So, next we see a picture here that shows you before this experiment the size to which we could confine the mass of the center of the galaxy. What we knew before is that there was four million times the mass of the sun inside that circle. And as you can see, there was a lot of other stuff inside that circle. You can see a lot of stars. So, there was actually lots of alternatives to the idea that there was a supermassive black hole at the center of the galaxy, because you could put a lot of stuff in there.
Αλλά με αυτό το πείραμα έχουμε περιορίσει αυτή τη μάζα σε ένα πολύ μικρότερο όγκο που είναι 10 χιλιάδες φορές μικρότερος. Και εξαιτίας αυτού, έχουμε καταφέρει να δείξουμε ότι υπάρχει μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα εκεί. Για να σας δώσω μια αίσθηση για το μέγεθος, πρόκειται για το μέγεθος του ηλιακού μας συστήματος. Έτσι, συνωστίζουμε τέσσερα εκατομμύρια ηλιακές μάζες σε τόσο μικρό όγκο.
But with this experiment, we've confined that same mass to a much smaller volume that's 10,000 times smaller. And because of that, we've been able to show that there is a supermassive black hole there. To give you a sense of how small that size is, that's the size of our solar system. So, we're cramming four million times the mass of the sun into that small volume.
Τώρα, για του λόγου το αληθές. Σας ανέφερα ότι δουλειά μου είναι το να περιορίσω την ακτίνα Σβάρτσιλντ. Και η αλήθεια είναι, ότι δεν τα έχω καταφέρει ακόμα. Αλλά στην πραγματικότητα δεν έχουμε άλλες εναλλακτικές προτάσεις σήμερα για να εξηγήσουμε αυτή τη συγκέντρωση της μάζας. Και πραγματικά, είναι η καλύτερη απόδειξη που έχουμε μέχρι σήμερα όχι μόνο για την ύπαρξη μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας στο κέντρο του Γαλαξία μας, αλλά οπουδήποτε στο σύμπαν. Λοιπόν, τι θα ακολουθήσει; Πραγματικά θεωρώ ότι αυτό είναι ότι καλύτερο μπορούμε να κάνουμε με τη σημερινή τεχνολογία, οπότε ας συνεχίσουμε με το πρόβλημα.
Now, truth in advertising. Right? I have told you my job is to get it down to the Schwarzchild radius. And the truth is, I'm not quite there. But we actually have no alternative today to explaining this concentration of mass. And, in fact, it's the best evidence we have to date for not only existence of a supermassive black hole at the center of our own galaxy, but any in our universe. So, what next? I actually think this is about as good as we're going to do with today's technology, so let's move on with the problem.
Έτσι, αυτό που θέλω να σας πω εν συντομία, είναι λίγα παραδείγματα του τι συναρπαστικό μπορούμε να κάνουμε σήμερα στο κέντρο του γαλαξία, τώρα που γνωρίζουμε ότι υπάρχει, ή τουλάχιστον πιστεύουμε, ότι υπάρχει μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα εκεί. Και η ευχάριστη φάση αυτού του πειράματος είναι πως ενώ ελέγχουμε κάποιες από τις ιδέες μας σχετικά με τις συνέπειες μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας που βρίσκεται στο κέντρο του γαλαξία μας, σχεδόν κάθε μία έρχεται σε αντίθεση με αυτό που βλέπουμε στην πραγματικότητα. Και αυτό είναι το ευχάριστο.
So, what I want to tell you, very briefly, is a few examples of the excitement of what we can do today at the center of the galaxy, now that we know that there is, or at least we believe, that there is a supermassive black hole there. And the fun phase of this experiment is, while we've tested some of our ideas about the consequences of a supermassive black hole being at the center of our galaxy, almost every single one has been inconsistent with what we actually see. And that's the fun.
Έτσι λοιπόν, επιτρέψτε μου να σας δώσω δυο παραδείγματα. Μπορεί να αναρωτηθείτε "Τι αναμένεται από τα γηραιά άστρα, άστρα που βρίσκονται στο κέντρο του γαλαξία για πολύ καιρό και έχουν αλληλεπιδράσει για μεγάλο χρονικό διάστημα με τη μαύρη τρύπα." Αυτό που αναμένεται είναι το ότι τα γηραιά άστρα θα έπρεπε να βρίσκονται συγκεντρωμένα γύρω από τη μαύρη τρύπα. Θα έπρεπε να βλέπετε πολλά γηραιά άστρα δίπλα σε αυτή τη μαύρη τρύπα.
So, let me give you the two examples. You can ask, "What do you expect for the old stars, stars that have been around the center of the galaxy for a long time, they've had plenty of time to interact with the black hole." What you expect there is that old stars should be very clustered around the black hole. You should see a lot of old stars next to that black hole.
Ομοίως, για τα νεαρά άστρα, ή αντιθέτως, τα νεαρά άστρα, απλά δεν θα έπρεπε να βρίσκονται εκεί. Μια μαύρη τρύπα δεν είναι καλός γείτονας σε ένα αστρικό βρεφοκομείο. Για να δημιουργηθεί ένα άστρο, πρέπει να καταρρεύσει μια μεγάλη μπάλα αερίων και σκόνης. Είναι μια πολύ εύθραυστη οντότητα. Και τι κάνει μια μαύρη τρύπα; Διαλύει αυτό το νέφος αερίων. Έλκει τη μια πλευρά πολύ περισσότερο από την άλλη και το νέφος διαλύεται. Στη πραγματικότητα, αναμέναμε η δημιουργία των άστρων να μην είναι δυνατή σε τέτοια περιβάλλοντα.
Likewise, for the young stars, or in contrast, the young stars, they just should not be there. A black hole does not make a kind neighbor to a stellar nursery. To get a star to form, you need a big ball of gas and dust to collapse. And it's a very fragile entity. And what does the big black hole do? It strips that gas cloud apart. It pulls much stronger on one side than the other and the cloud is stripped apart. In fact, we anticipated that star formation shouldn't proceed in that environment.
Έτσι, δεν θα έπρεπε να βλέπουμε νεαρά άστρα. Τι βλέπουμε; Χρησιμοποιώντας παρατηρήσεις που δεν είναι αυτές που σας έδειξα σήμερα, μπορούμε να καταλάβουμε ποια άστρα είναι γηραιά και ποια νεαρά. Τα γηραιά είναι κόκκινα. Τα νεαρά είναι κυανά. Και για τα κίτρινα δεν γνωρίζουμε ακόμη. Έτσι, βλέπετε ήδη την έκπληξη. Υπάρχει μια έλλειψη γηραιών άστρων. Υπάρχει αφθονία νεαρών άστρων, έτσι αυτό είναι ακριβώς αντίθετο από την πρόβλεψη.
So, you shouldn't see young stars. So, what do we see? Using observations that are not the ones I've shown you today, we can actually figure out which ones are old and which ones are young. The old ones are red. The young ones are blue. And the yellow ones, we don't know yet. So, you can already see the surprise. There is a dearth of old stars. There is an abundance of young stars, so it's the exact opposite of the prediction.
Αυτό είναι το ευχάριστο. Και στην πραγματικότητα, αυτό προσπαθούμε να καταλάβουμε σήμερα, αυτό το μυστήριο του πως -- του πως επιλύεται αυτή η αντίφαση. Έτσι, στην πραγματικότητα, οι μεταπτυχιακοί φοιτητές μου είναι, αυτή τη στιγμή, σήμερα, στο τηλεσκόπιο, της Χαβάης, κάνοντας παρατηρήσεις που θα μας οδηγήσουν ελπίζω στο επόμενο στάδιο, όπου θα μπορούμε να κάνουμε την ερώτηση γιατί υπάρχουν τόσα πολλά νεαρά άστρα, και τόσο λίγα γηραιά. Προκειμένου να σημειώσουμε περαιτέρω πρόοδο χρειάζεται πραγματικά να μελετήσουμε τις τροχιές των αστέρων που βρίσκονται πάρα πολύ μακριά. Για να το πετύχουμε αυτό χρειαζόμαστε μάλλον πολύ πιο προηγμένη τεχνολογία από τη σημερινή.
So, this is the fun part. And in fact, today, this is what we're trying to figure out, this mystery of how do you get -- how do you resolve this contradiction. So, in fact, my graduate students are, at this very moment, today, at the telescope, in Hawaii, making observations to get us hopefully to the next stage, where we can address this question of why are there so many young stars, and so few old stars. To make further progress we really need to look at the orbits of stars that are much further away. To do that we'll probably need much more sophisticated technology than we have today.
Επειδή, παρόλο που σας ανέφερα ότι διορθώνουμε την επιρροή της γήινης ατμόσφαιρας, στην πραγματικότητα διορθώνουμε τα μισά από τα λάθη που εισάγονται. Αυτό το κάνουμε "πυροβολώντας" την ατμόσφαιρα με ένα λέιζερ και αυτό που νομίζουμε ότι μπορούμε να επιτύχουμε είναι το να αυξήσουμε τη λάμψη μερικών αστέρων και να διορθώσουμε τα υπόλοιπα. Αυτό ελπίζουμε λοιπόν να πετύχουμε στα επόμενα χρόνια. Και σε μια πολύ μεγαλύτερη κλίμακα χρόνου, αυτό που ελπίζουμε είναι να κατασκευάσουμε ακόμα μεγαλύτερα τηλεσκόπια, γιατί, θυμηθείτε, το μεγαλύτερο είναι και καλύτερο στην αστρονομία.
Because, in truth, while I said we're correcting for the Earth's atmosphere, we actually only correct for half the errors that are introduced. We do this by shooting a laser up into the atmosphere, and what we think we can do is if we shine a few more that we can correct the rest. So this is what we hope to do in the next few years. And on a much longer time scale, what we hope to do is build even larger telescopes, because, remember, bigger is better in astronomy.
Έτσι, θέλουμε να κατασκευάσουμε ένα τηλεσκόπιο 30 μέτρων. Και με αυτό το τηλεσκόπιο θα μπορούμε να παρατηρήσουμε αστέρες που βρίσκονται ακόμη πιο κοντά στο κέντρο του γαλαξία. Και ελπίζουμε ότι θα μπορούμε να ελέγξουμε κάποιες από τις θεωρίες της γενικής σχετικότητας του Αινστάιν, κάποιες ιδέες της κοσμολογίας σχετικά με το σχηματισμό των γαλαξιών. Έτσι, πιστεύουμε πως το μέλλον του πειράματος αυτού είναι αρκετά συναρπαστικό.
So, we want to build a 30 meter telescope. And with this telescope we should be able to see stars that are even closer to the center of the galaxy. And we hope to be able to test some of Einstein's theories of general relativity, some ideas in cosmology about how galaxies form. So, we think the future of this experiment is quite exciting.
Έτσι, εν κατακλείδι, θα σας παρουσιάσω ένα βίντεο που βασικά δείχνει το πως αυτές οι τροχιές κινούνται, στο τρισδιάστατο χώρο. Και ελπίζω, αν μη τι άλλο, ότι σας έπεισα, πρώτον, ότι πραγματικά υπάρχει μια υπερμεγέθης μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία. Και αυτό σημαίνει ότι αυτά τα αντικείμενα υπάρχουν στο σύμπαν, και πρέπει να το αντιμετωπίσουμε αυτό, πρέπει να εξηγήσουμε το πως μπορούμε να φέρουμε αυτά τα αντικείμενα στο φυσικό μας κόσμο.
So, in conclusion, I'm going to show you an animation that basically shows you how these orbits have been moving, in three dimensions. And I hope, if nothing else, I've convinced you that, one, we do in fact have a supermassive black hole at the center of the galaxy. And this means that these things do exist in our universe, and we have to contend with this, we have to explain how you can get these objects in our physical world.
Δεύτερον, έχουμε παρατηρήσει αυτή την αλληλεπίδραση του πως οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες αλληλεπιδρούν και έχουμε καταλάβει, ίσως, το ρόλο που παίζουν στο σχηματισμό των γαλαξιών και το πως λειτουργούν.
Second, we've been able to look at that interaction of how supermassive black holes interact, and understand, maybe, the role in which they play in shaping what galaxies are, and how they work.
Τέλος, τίποτα από αυτά δε θα είχε συμβεί χωρίς την τεράστια πρόοδο που έχει επιτευχθεί από την τεχνολογία. Και πιστεύουμε ότι είναι ένας τομέας που κινείται απίστευτα γρήγορα και μας επιφυλάσει πολλά για το μέλλον. Σας ευχαριστώ πολύ. (Χειροκρότημα)
And last but not least, none of this would have happened without the advent of the tremendous progress that's been made on the technology front. And we think that this is a field that is moving incredibly fast, and holds a lot in store for the future. Thanks very much. (Applause)