Dodano: 10 kwiecień 2019r.

Zaprezentowano pierwszy w historii obraz czarnej dziury

Zespół naukowców skupiony wokół projektu Event Horizon Telescope zaprezentował pierwszy w historii obraz czarnej dziury. Obraz przedstawia supermasywną czarną dziurę w centrum galaktyki M87. To pierwszy bezpośredni wizualny dowód na istnienie tych obiektów.

 

Jak wiadomo, czarne dziury nie emitują i nie odbijają światła. Obiekty te są tak masywne, że po osiągnięciu pewnego punktu (horyzontu zdarzeń) prędkość ucieczki, czyli prędkość potrzebna do opuszczenia pola grawitacyjnego obiektu, przekracza prędkość światła w próżni i nawet światło nie jest w stanie opuścić tego obszaru. Jednak mimo to, naukowcy z projektu Event Horizon Telescope potrafili przedstawić nam, jak naprawdę wygląda czarna dziura, a właściwie jej cień.

Wszystko dzięki Event Horizon Telescope (EHT). To sieć radioteleskopów rozsianych po całym świecie, które pracują na falach milimetrowych i submilimetrowych. Razem tworzą teleskop o rozmiarach Ziemi. Dzięki wykorzystaniu techniki zwanej interferometrią wielkobazową, dane odbierane przez niezależne radioteleskopy zapisywane są razem, co ułatwia ich późniejszą analizę.

 

Event Horizon Telescope jest niezwykle czułym instrumentem. Pozorny rozmiar czarnej dziury na niebie jest mniejszy niż 100 milionowych części stopnia, co odpowiada rozmiarom piłki tenisowej na Księżycu widzianej z Ziemi. Ale EHT poradził sobie z tym i dzięki niemu oraz naukowcom zaangażowanym w projekt, możemy oglądać po raz pierwszy czarną dziurę. W projekcie uczestniczy ponad 200 naukowców z całego świata, także z Polski.

Galaktyka M87, czyli Galaktyka Panna A, znajduje się około 53 miliony lat świetlnych od nas. To największy i najjaśniejszy obiekt w gwiazdozbiorze Panny.

Ale co właściwie przedstawia obraz? Wokół czarnej dziury z gigantycznymi prędkościami krąży rozpalona do olbrzymich temperatur materia. Ten dysk akrecyjny pyłu i gazu krąży niezwykle blisko horyzontu zdarzeń – strefy otaczającej czarną dziurę oddzielającą obserwatora od zdarzeń, o których nigdy nie będzie miał żadnych informacji. To granica, po której przekroczeniu nie ma powrotu.

Wszystko, co znajdzie się zbyt blisko czarnej dziury, jest wciągane poza horyzont zdarzeń, ale część z pyłów i gazów w dysku akrecyjnym orbitującym z relatywistycznymi prędkościami, może w miarę bezpiecznie krążyć wokół czarnej dziury. Ten punkt, gdzie materia może orbitować bez wciągnięcia za horyzont zdarzeń, jest znany jako najbardziej wewnętrzna stabilna orbita.

To co widzimy na zdjęciu, to nic innego jak kulisty kształt horyzontu zdarzeń supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki M87. Na obrazie widać jasny pierścień utworzony przez działającą na światło w intensywną grawitację wokół czarnej dziury, która jest 6,5 miliarda razy masywniejsza niż Słońce.

- Wykonaliśmy pierwszy obraz czarnej dziury - powiedział dyrektor projektu EHT Sheperd S. Doeleman z Center for Astrophysics Harvard i Smithsonian. - To niezwykły wyczyn naukowy dokonany przez zespół ponad 200 naukowców – dodał.

- Spodziewaliśmy się, że czarna dziura stworzy w dysku świecącego gazu ciemny obszar podobny do cienia, coś co przewiduje ogólna teoria względności Alberta Einsteina. Nigdy wcześnie tego nie widzieliśmy - wyjaśnił Heino Falcke z Uniwersytetu Radboud w Holandii. - Ten cień spowodowany grawitacyjnym zginaniem i przechwytywaniem światła przez horyzont zdarzeń, ujawnia wiele o naturze tych fascynujących obiektów i pozwolił nam zmierzyć ogromną masę czarnej dziury M87 – dodał.

Kampania obserwacyjna, dzięki której uzyskano pierwszy obraz czarnej dziury była prowadzona na fali o długości 1,3 mm. Wspomniane już precyzyjne ustalenia masy obiektu w galaktyce M87 to 6,5 miliarda mas Słońca. Sam cień czarnej dziury ma ponad 40 miliardów kilometrów. Horyzont zdarzeń jest 2,5 razy mniejszy.

- Gdy byliśmy pewni, że zobrazowaliśmy cień czarnej dziury, mogliśmy porównać nasze obserwacje do obszernych modeli komputerowych. Wiele cech obserwowanego obrazu pasuje do naszego teoretycznego zrozumienia zaskakująco dobrze - zauważył Paul TP Ho. - To sprawia, że ​​jesteśmy pewni interpretacji naszych obserwacji, w tym naszej oceny masy czarnej dziury – dodał.

W projekcie EHT aktywne uczestniczą także Polacy. Prof. Monika Mościbrodzka z Uniwersytetu Radboud w Holandii kieruje grupą badawczą i była wśród grupy badaczy referujących odkrycie podczas konferencji prasowej w Brukseli. Z kolei dr Maciek Wielgus z Black Hole Initiative na Harvard University w USA zajmuje się weryfikacją danych i bada czasową zmienność obserwowanych źródeł.

- Technika obserwacji, którą zastosowaliśmy, polega na tym, że wszystkie te teleskopy w tym samym momencie kierują się w stronę określonego obiektu i zbierają informacje. Dzięki temu możemy osiągnąć bezprecedensową rozdzielczość. Event Horizon Telescope ma moc obserwacyjną, którą osoba stojąca w Paryżu mogłaby użyć, aby odczytać tekst gazety znajdującej się w Nowym Jorku - powiedziała w rozmowie z PAP Mościbrodzka.

Konferencje prasowe dotyczące togo doniosłego wydarzenie odbywały się symultanicznie w sześciu miejscach na całym świecie: Brukseli, Santiago, Szanghaju, Tokio, Tajpej i Waszyngtonie. 

 

Źródło i fot. Event Horizon Telescope Collaboration, PAP