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.
כיצד צופים במשהו שאי-אפשר לראות? זוהי שאלה בסיסית של אדם שמתעניין בגילוי ומחקר של חורים שחורים. כיוון שחורים שחורים הינם אובייקטים שמשיכת הכבידה שלהם היא כה חזקה כך ששום דבר לא יכול לברוח ממנה, אפילו לא קרני אור, כך שאי-אפשר לצפות בהם ישירות.
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.
הסיפור שלי היום על חורים שחורים עוסק בחור שחור אחד מסויים. אני מעוניינת לגלות האם יש חור שחור מאוד מסיבי, כזה שאנו מכנים חור שחור "על-מסיבי", במרכז הגלקסיה שלנו. והסיבה שזה מעניין היא שזה נותן לנו אפשרות להוכיח האם האובייקטים האקזוטיים האלו אכן קיימים. שנית, זה נותן לנו את האפשרות להבין כיצד חורים שחורים על-מסיביים אלו יוצרים אינטראקציה עם סביבתם, וכן להבין כיצד הם משפיעים על התהוותן והתפתחותן של הגלקסיות בהן הם שוכנים.
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.
ראשית כל, עלינו להבין מהו חור שחור כדי שנוכל להבין את הוכחת קיומם של חורים שחורים. אם כן, מהו חור שחור? מבחינות רבות, חור שחור הינו אובייקט פשוט להפליא, כיוון שישנם רק שלוש תכונות שניתנות לתאור: המסה, הסחרור, והמטען. אני עומדת לדבר רק על המסה. אם כן, מבחינה זו, זהו אובייקט פשוט. אבל מבחינה אחרת, זהו אובייקט מורכב מאוד ועלינו להעזר בפיסיקה אקזוטית למדי כדי לתארו, ומבחינה מסויימת הוא מייצג את התפוררות הבנתנו הפיסיקאלית ביחס היקום.
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.
אבל היום, הדרך שבה אני רוצה שתתפסו את החור השחור, לצורך הוכחת קיומו, היא לחשוב עליו כעל אובייקט שמסתו מוגבלת לנפח אפסי. אם כן, למרות העובדה שאני עומדת לדבר איתכם על אובייקט שהוא על-מסיבי, ואני אסביר בעוד רגע מהי משמעות הדבר, אין לו גודל סופי. כך שזה קצת בעייתי.
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.
אך למזלנו ישנו גודל סופי שכן ניתן לצפיה, והוא ידוע בשם רדיוס שוורצשילד. והוא נקרא על שם הבחור שזיהה מדוע זהו רדיוס כל-כך חשוב. זהו רדיוס מדומה, לא ממשי. לחור השחור אין גודל. אם כן, מדוע הוא כה חשוב? הוא חשוב מכיוון שהוא אומר לנו שכל אובייקט יכול להפוך לחור שחור. הכוונה היא גם אליך, לשכן שלך, לטלפון הנייד שלך, האולם יכול להפוך לחור שחור אם הייתם מוצאים דרך לדחוס אותו לגודל של רדיוס שוורצשילד.
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.
בנקודה זו, מה יקרה? בנקודה זו משיכת הכבידה מנצחת. משיכת הכבידה גוברת על כל הכוחות האחרים הידועים. והאובייקט חייב להמשיך לקרוס לאובייקט קטן במידה אין-סופית. ואז הוא הופך לחור שחור. לו הייתי דוחסת את כדור-הארץ לגודל של קוביית סוכר, הוא היה הופך להיות חור שחור, כיוון שהגודל של קוביית סוכר הינו רדיוס שוורצשילד שלה.
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.
כעת, המפתח הוא למצוא מהו רדיוס שוורצשילד המתאים. מסתבר שלמעשה די קל למצוא את התשובה. הוא תלוי אך ורק במסת האובייקט. לאובייקטים גדולים יותר יש רדיוסי שוורצשילד גדולים יותר. לאובייקטים קטנים יותר יש רדיוסי שוורצשילד קטנים יותר. אם הייתי לוקחת את השמש ודוחסת אותה לגודל של אוניברסיטת אוקספורד, היא הייתה הופכת להיות חור שחור.
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.
ובכן, אנו יודעים כעת מהו רדיוס שוורצשילד. וזהו בעצם רעיון די שימושי, כיוון שהוא אומר לנו לא רק מתי יווצר חור שחור, אלא גם נותן לנו את מרכיבי המפתח להוכחת קיומו של חור שחור. אני זקוקה רק לשני דברים. אני צריכה להבין מהי המסה של האובייקט שאני טוענת שהוא חור שחור, ומהו רדיוס שוורצשילד שלו. וכיוון שהמסה קובעת את רדיוס שוורצשילד, יש רק דבר אחד שאני בעצם צריכה לדעת.
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.
אם כן, כדי לשכנע אתכם שישנו חור שחור, תפקידי להראות שישנו איזשהו אובייקט שהוא מוגבל בהיקפו לרדיוס שוורצשילד שלו. ותפקידכם הוא להטיל ספק בכך. ובכן, אני עומדת לדבר על חור שחור שאינו רגיל; אני עומדת לדבר על חורים שחורים על-מסיביים.
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.
ראשית, אני רוצה להגיד כמה מילים על מהו חור שחור רגיל, כאילו שיש דבר כזה, חור שחור רגיל. חור שחור רגיל נחשב לשלב הסופי בחייו של כוכב מאוד מסיבי. אם כן, אם כוכב מתחיל את חייו עם מסה גדולה בהרבה מהמסה של השמש, הוא יסיים את חייו בהתפוצצות וישאיר מאחוריו את שאריות הסופרנובה הנפלאות שאנו רואים כאן. ובתוך שארית הסופרנובה עתיד להיות חור שחור קטן בעל מסה גדולה בערך פי שלוש מזו של השמש. בקנה מידה אסטרונומי זהו חור שחור קטן מאוד.
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.
וכעת, הייתי רוצה לדבר על חורים שחורים על-מסיביים. הסברה היא שהחורים השחורים העל-מסיביים שוכנים במרכזן של גלקסיות. ותמונה נהדרת זו שצולמה על ידי טלסקופ החלל האבל מראה לכם שגלקסיות קיימות בכל הצורות והגדלים. ישנן גדולות, ישנן קטנות. כמעט כל אובייקט בתמונה זו הוא גלקסיה. והנה ספירלה יפה מאוד, למעלה בצד שמאל. וישנם מאות מיליארדי כוכבים בגלקסיה ההיא. רק כדי לתת לכם קנה מידה. וכל האור שאנו רואים מגלקסיה טיפוסית, שהיא מאותו סוג של גלקסיות שאנו רואים כאן, מקורו באור שמגיע מהכוכבים. ובכן, אנו רואים את הגלקסיות הודות לאור הכוכבים.
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.
ישנן כמה גלקסיות אקזוטיות יחסית. אני אוהבת לקרוא להן הפרימדונות של עולם הגלקסיות, כיוון שהן גנדרניות כאלה. ואנו קוראים להן גרעינים גלקטיים פעילים. ואנו קוראים להן כך כיוון שהגרעינים שלהן, או מרכזיהן, פעילים מאוד. אם כן, שם במרכז, הוא בעצם המקום ממנו מגיע רוב אור הכוכבים. ועדיין, מה שאנחנו למעשה רואים הוא אור שאינו יכול להיות מוסבר כאור שנובע מהכוכבים. הוא בעל אנרגיה גבוהה הרבה יותר. למעשה, במקרים מסויימים הוא דומה לאלה שאנו רואים כאן. ישנם גם סילונים שבוקעים מהמרכז. שוב, זהו מקור אנרגיה שקשה מאוד להסבירו אם מניחים שגלקסיות מורכבות רק מכוכבים.
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.
אם כן, אנשים חשבו שאולי ישנם חורים שחורים על-מסיביים שחומר נופל לתוכם. מכאן, שאי-אפשר לראות את החור השחור עצמו, אבל ניתן להמיר את אנרגית הכבידה של החור השחור לאור שאנו רואים. קיים רעיון שאולי חורים שחורים על-מסיביים קיימים במרכזן של גלקסיות. אבל זהו סוג של טיעון עקיף.
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.
בכל אופן, זה מעלה את הרעיון שייתכן שלא רק לפרימדונות הללו יש חורים שחורים על-מסיביים, אלא שיתכן שבמרכזיהן של כל הגלקסיות שוכנים חורים שחורים על-מסיביים אלה. ואם זה אכן כך - וזוהי דוגמה לגלקסיה רגילה; מה שאנחנו רואים הוא אור הכוכבים. ואם יש חור שחור על-מסיבי, עלינו להניח שזהו חור שחור בדיאטה. כיוון שזוהי הדרך להקטין את התופעה האנרגטית שאנו רואים בגרעינים גלקטיים פעילים.
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.
אם נרצה לחפש אחר חורים שחורים חמקמקים אלו במרכזי הגלקסיות, המקום הטוב ביותר לחפש בו הוא בגלקסיה שלנו, שביל החלב שלנו. וזהו צילום במיפתח רחב של מרכז גלקסיית שביל החלב. ומה שאנו רואים היא שורה של כוכבים. וזה בגלל שאנו חיים בגלקסיה שהיא שטוחה ובעלת מבנה דיסקה. ואנו חיים במרכזה, כך שכאשר אנו מביטים לכיוון המרכז, אנו רואים את המישור הזה אשר מגדיר את מישור הגלקסיה, או קו שמגדיר את מישור הגלקסיה.
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.
כעת, היתרון שבחקירת הגלקסיה שלנו הוא שזוהי פשוט הדוגמא הקרובה אלינו ביותר של מרכז גלקסיה שאי-פעם תהיה לנו, כיוון שהגלקסיה השניה הקרובה אלינו ביותר נמצאת במרחק גדול פי מאה. מכאן שאנו יכולים לראות הרבה יותר פרטים בגלקסיה שלנו מאשר בכל מקום אחר. וכפי שתראו בעוד רגע, היכולת לראות פרטים היא המפתח לניסוי הזה.
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.
אם כן, כיצד מוכיחים האסטרונומים שישנה מסה רבה בתוך נפח קטן? זהו תפקידי להראות לכם כיום. והכלי שבו נשתמש הוא צפיה בדרך שבה הכוכבים חגים סביב החור השחור. כוכבים יסתובבו סביב החור השחור בדיוק באותה דרך שבה כוכבי-לכת חגים סביב השמש. המשיכה הגרוויטציונית היא אשר גורמת לגופים אלו לחוג במסלול סביב אובייקט אחר. אם לא היו אובייקטים מסיביים אלו, גופים אלו היו מתעופפים הלאה או לפחות היו נעים בקצב איטי הרבה יותר כיוון שכל מה שקובע כיצד הם חגים הוא כמה מסה נמצאת במרכז המסלול שלהם.
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.
זה נהדר, כי אתם זוכרים שתפקידי הוא להראות שישנה הרבה מאוד מסה בתוך נפח קטן. כך שאם אני יודעת כמה מהר הוא חג, אני יודעת מה המסה. ואם אני יודעת את גודל מסלול הסיבוב, אני יודעת מה הרדיוס. אם כן, אני רוצה לראות את הכוכבים שקרובים כמה שיותר למרכז הגלקסיה. כיוון שאני רוצה להראות שיש מסה בתוך איזור קטן כמה שיותר. מכאן, שאני רוצה לראות כמה שיותר פרטים. וזו הסיבה שלצורך ניסוי זה השתמשנו בטלסקופ הגדול בעולם.
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.
זהו מצפה הכוכבים קק. הוא מכיל שני טלסקופים עם מראה בקוטר 10 מטרים, שזה בערך הקוטר של מגרש טניס. זה נהדר כיוון שההבטחה של מסע התעמולה למען טלסקופים גדולים היא שככל שהטלסקופ גדול יותר, נוכל לראות פרטים קטנים יותר. מסתבר שלטלסקופים אלו, או כל טלסקופ אחר על פני האדמה יש קושי לעמוד בהבטחות מסע התעמולה. וזה בגלל האטמוספירה. האטמוספירה נהדרת עבורנו; היא מאפשרת לנו לשרוד כאן על כדור הארץ. אבל היא די מקשה על האסטרונומים שרוצים להביט דרך האטמוספירה על מקורות אסטרונומים.
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.
אז כדי לתת לכם מושג מהי התחושה, זה בעצם כמו להסתכל על חלוק נחל בקרקעית של נחל. כשמתבוננים בחלוק נחל על הקרקעית, המים שנעים ומתערבלים, מקשים מאוד לראות את החלוק שנמצא על קרקעית הנחל. באופן דומה למדי, קשה מאוד לראות מקורות אסטרונומיים, בגלל האטמוספירה שנעה וחולפת כל הזמן.
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.
ובכן, ביליתי חלק ניכר מהקריירה שלי בפיתוח דרכים לפצות על השינויים הנגרמים בגלל האטמוספירה, כדי שנוכל לקבל תצפית נקיה יותר. תיקונים אלו מאפשרים לנו שיפור של בערך פי - 20. ואני חושבת שכולכם תסכימו שאם אתה יכול למצוא דרך לשפר את החיים פי - 20 אז כנראה ששיפרת בהרבה את איכות חייך, בוודאי שתבחין למשל בשיפור במשכורת או אצל ילדיך.
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.
ואנימציה זו מציגה דוגמא אחת לטכניקות בהן אנו משתמשים, שנקראות אופטיקה מסתגלת. אתם רואים אנימציה שעוברת בין דוגמא של מה שרואים אם לא משתמשים בטכניקה זו, במילים אחרות, סתם תמונה שמראה את הכוכבים, והמסגרת ממורכזת במרכז הגלקסיה. היכן שאנו חושבים שהחור השחור נמצא. אם כן, ללא טכנולוגיה זו לא ניתן לראות את הכוכבים. בעזרת טכנולוגיה זו אפשר לפתע לראות את זה. טכנולוגיה זו עובדת על ידי הוספת מראה למערכת האופטית של הטלסקופ שמשתנה בצורה רציפה כדי לנגד את ההשפעה של האטמוספירה. אם כן, מראה זו היא מעין משקפי ראיה מאוד משוכללים עבור הטלסקופ.
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.
כעת, בשקפים הבאים אני עומדת להתמקד בריבוע הקטן הזה. אנו עומדים להתבונן בכוכבים שנמצאים בתוך הריבוע הקטן הזה, למרות שאנו מביטים בכולם. ואני רוצה לראות כיצד דברים אלו זזו. ולאורך ניסוי זה הכוכבים האלו נעו מרחק עצום. ביצענו את הניסוי הזה לאורך 15 שנים, ואנו רואים שהכוכבים נעו לאורך כל הדרך מסביב.
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.
לרוב האסטרונומים יש כוכב מועדף, והכוכב המועדף שלי היום הוא זה שנקרא אס-או-2. בהחלט הכוכב המועדף עלי. וזה מפני שהוא מבצע הקפה מלאה ב- 15 שנים בלבד. וכדי לתת לכם מושג כמה מהר זה, לשמש לוקח 200 מליון שנים כדי להקיף את מרכז הגלקסיה. לכוכבים שהכרנו לפני כן, שהיו קרובים במידה כזו למרכז הגלקסיה לוקח 500 שנים לבצע הקפה. וכוכב זה, מבצע הקפה בתוך תקופת חיי אדם. זה די מדהים, מבחינה מסויימת.
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.
אבל זוהי נקודת המפתח לניסוי הזה. מסלול ההקפה אומר לי כמה מסה יש בתוך רדיוס קטן מאוד. ובכן, כעת אנחנו רואים תמונה שמראה לכם לפני הניסוי את הגודל בתוכו יכולנו לתחום את המסה של מרכז הגלקסיה. מה שידענו קודם לכן הוא שהמסה שם היתה פי ארבעה מיליון מהמסה של השמש בתוך המעגל ההוא. וכפי שאתם רואים, היו הרבה דברים אחרים בתוך המעגל הזה. אתם יכולים לראות הרבה כוכבים. מכאן שהיו בעצם הרבה חלופות לרעיון שיש חור שחור על-מסיבי במרכז הגלקסיה, כיוון שניתן היה להכניס לשם הרבה דברים.
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.
אבל בעזרת ניסוי זה הגבלנו את אותה המסה לנפח קטן בהרבה קטן פי עשרת אלפים. וכתוצאה מכך, היינו יכולים להוכיח שיש שם חור שחור על-מסיבי. כדי שתקבלו מושג עד כמה קטן הגודל הזה, זהו הגודל של מערכת השמש שלנו. אז אנחנו דוחסים את מסת השמש פי ארבעה מיליון לנפח קטן זה.
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.
וכעת, לגבי אמת בפרסום... אמרתי לכם שתפקידי הוא לצמצם את זה לרדיוס שוורצשילד. והאמת שהיא, שעוד לא ממש הגעתי לכך. למעשה אין לנו כיום אלטרנטיבה שמסבירה את ריכוז המסה הזה. והאמת היא שזוהי ההוכחה הטובה ביותר שיש לנו כיום לא רק לקיום חור שחור על-מסיבי במרכז הגלקסיה שלנו, אלא בכל היקום שלנו. אז מה הלאה? האמת היא שאני חושבת שזה בערך המיטב שנוכל להשיג עם הטכנולוגיה של היום, אז בואו נתקדם הלאה עם הבעיה.
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.
אז מה שאני רוצה להציג לכם, בקצרה, הן כמה דוגמאות מהדברים המלהיבים שאנו יכולים לעשות כיום במרכז הגלקסיה, עכשיו שאנו יודעים שיש שם, או לפחות מאמינים, שיש שם חור שחור על-מסיבי. והשלב הכייפי בניסוי זה הוא, שכאשר בדקנו כמה מהרעיונות שלנו על ההשלכות של הימצאות חור שחור על-מסיבי במרכז הגלקסיה שלנו, כמעט כל אחת מהן אינה מתיישבת עם מה שאנחנו באמת רואים. וזה הכייף שבעניין.
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.
הרשו לי להציג בפניכם שתי דוגמאות. אתם יכולים לשאול, "מה היית מצפה מהכוכבים הבוגרים, כוכבים שהיו בקרבת מרכז הגלקסיה במשך זמן רב, היה להם שפע זמן לאינטראקציה עם החור השחור." מה שצפוי הוא שהכוכבים הבוגרים יהיו מרוכזים מסביב לחור השחור. הייתם צריכים לראות המון כוכבים בוגרים ליד החור השחור.
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.
באותו אופן, עבור כוכבים צעירים, או בניגוד לכך, הכוכבים הצעירים, הם פשוט לא אמורים להיות שם. חור שחור אינו מהווה סביבה נעימה "לפעוטון כוכבי". על-מנת שכוכב יווצר, כדור גדול של גז ואבק צריך לקרוס. וזוהי יישות שברירית מאוד. ומה החור השחור הגדול עושה? הוא קורע את ענן הגז לחתיכות. הוא מושך בצד אחד הרבה יותר חזק מאשר בצד השני והענן נקרע לגזרים. למעשה, צפינו שהיווצרות של כוכבים אינה יכולה להמשך בסביבה שכזו.
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.
מכאן, שאנחנו לא אמורים לראות כוכבים צעירים. אם כן, מה אנו כן רואים? בעזרת תצפיות אחרות מאלו שהראיתי לכם היום, אנחנו יכולים להבין מי מהם בוגרים ומי מהם צעירים. הבוגרים הם אדומים. הצעירים הם כחולים. ולגבי הצהובים, אנחנו עדיין לא יודעים. אתם כבר יכולים לראות את ההפתעה. יש חוסר בכוכבים בוגרים. יש שפע של כוכבים צעירים, ההפך המוחלט ממה ששיערנו.
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.
וזהו החלק הכייפי. ולמעשה, כיום, זה מה שאנחנו מנסים להבין, התעלומה של איך -- איך פותרים את הסתירה הזו למעשה, התלמידים שלי נמצאים ברגעים אלו ממש ליד הטלסקופ, בהוואי, מבצעים תצפיות שיביאו אותנו בתקווה לשלב הבא, שבו נוכל לענות על השאלה מדוע ישנם כל-כך הרבה כוכבים צעירים, וכה מעט בוגרים. כדי להתקדם הלאה עלינו להתבונן במסלוליהם של כוכבים הרבה יותר רחוקים. כדי לעשות זאת כנראה שנצטרך טכנולוגיות מתקדמות הרבה יותר ממה שיש בידינו כיום.
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.
כי, למען האמת, כשאמרתי שאנחנו מפצים על עיוותי האטמוספירה של כדור-הארץ, אנחנו למעשה מתקנים רק חצי מהשגיאות שמתווספות. אחנו עושים זאת על-ידי שיגור קרן לייזר אל האטמוספירה, ואנחנו חושבים שאם נוכל להקרין עוד כמה אז נוכל לתקן את השאר. אז זה מה שאנחנו מקווים לעשות במהלך השנים הבאות. ובראייה לטווח ארוך בהרבה אנחנו מקווים לבנות טלסקופים אף גדולים יותר, כיוון שתזכרו, גדול יותר הוא טוב יותר באסטרונומיה.
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.
אז אנחנו רוצים לבנות טלסקופ בקוטר 30 מטרים. ועם טלסקופ כזה אנחנו אמורים לראות כוכבים קרובים עוד יותר למרכז הגלקסיה. ואנחנו מקווים שנוכל לבדוק כמה מהתיאוריות הנוגעות לתורת היחסות הכללית של איינשטיין, רעיונות בקוסמולוגיה העוסקים באופן היווצרות גלקסיות. אנחנו חושבים שהעתיד של ניסוי זה הוא מלהיב למדי.
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.
לסיכום, אני עומדת להציג בפניכם אנימציה שמראה כיצד מסלולים אלו נעים בשלושה מימדים. ואני מקווה, שלפחות שיכנעתי אתכם שראשית, אכן יש לנו חור שחור על-מסיבי במרכז הגלקסיה. ושהמשמעות היא שדברים אלו אכן קיימים ביקום שלנו, ושעלינו להתמודד עם כך, עלינו להסביר כיצד יכולים להיות אובייקטים כאלו בעולמנו הפיסי.
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.
שנית, עלה בידינו לבחון אינטראקציה זו בין גופים שחורים על-מסיביים, ולהבין, אולי, את התפקיד שהם ממלאים בעיצובן של הגלקסיות ואופן פעולתן.
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)
ודבר אחרון, אך חשוב לא פחות, דבר מזה לא היה קורה ללא ההתקדמות העצומה שהושגה בחזית הטכנולוגית. ואנחנו חושבים שזהו תחום שמתקדם בקצב מהיר ביותר, וצופן בחובו דברים רבים לעתיד. תודה רבה לכם. (מחיאות כפיים)