Event Horizon Telescope sfotografuje czarną dziurę

Radioteleskop wielkości Ziemi, powstały z połączenia kilkudziesięciu anten radiowych od Hawajów po Europę i Biegun Południowy, ma mieć rozdzielczość wystarczającą do zobaczenia czarnej dziury. A raczej jej „cienia”, gdyż samej czarnej dziury nie sposób zaobserwować.

Nie popełnimy chyba błędu, mówiąc, że każdy wie, iż czarna dziura to obiekt tak masywny, że wciąga do swojego „wnętrza” wszystko. Nawet światło nie jest w stanie uciec z „wnętrza” czarnej dziury. W efekcie zobaczenie czarnej dziury, przynajmniej w tradycyjnym tego słowa znaczeniu, nie jest możliwe. Jak więc ujrzeć coś co jest niewidoczne?

Niewidzialny człowiek nie rzuca cienia. Ale czarna dziura dzięki swoim własnościom, mimo iż niewidzialna, wytwarza „cień”.

W tym momencie z pomocą przychodzi nam sama natura. Ogólna teoria względności Einsteina mówi, że czarna dziura tworzy „cień” o kolistym kształcie. Można go zobaczyć na jasnym tle, którym jest rozgrzana do milionów stopni materia, wirująca wokół czarnej dziury i przez nią połykana. Jeśli uda się nam zobaczyć ten „cień”, to będzie to najbardziej bezpośredni dowód na istnienie czarnej dziury jaki możemy obecnie zarejestrować.

Skoro już wiemy jak zobaczyć „cień” czarnej dziury, potrzebny jest nam kandydat do podejrzenia i instrument. Niestety, każda z czarnych dziur, a raczej obiektów, które mogą nimi być, jest zbyt mała i znajduje się zbyt daleko, aby zobaczyć ją za pomocą istniejących teleskopów czy radioteleskopów. Chyba że byłaby to super czarna dziura o gigantycznej masie, a takie można znaleźć w centrach galaktyk.

Tam gdzieś jest czarna dziura. Ale nawet obraz centrum Galaktyki wykonany w podczerwieni nie ma wystarczającej rozdzielczości, aby dojrzeć jej "cień".

Dlatego też powstał projekt Event Horizon Telescope (Teleskop Horyzontu Zdarzeń). Bierze on nazwę od struktury w czasoprzestrzeni, która jest traktowana jako „powierzchnia” czarnej dziury. Wszystko co przekroczy Horyzont Zdarzeń zostanie wciągnięte przez czarną dziurę i nie może się już z niej wydostać. W ramach tego projektu naukowcy chcą sfotografować „cień”, który wytwarza czarna dziura w centrum Galaktyki. Jej masa szacowana jest na 4 miliony mas Słońca, dzięki czemu rozmiar jej horyzontu zdarzeń (który zależy od masy) liczony jest w dziesiątkach milionów kilometrów.

Teleskopy, które utworzą wirtualny radioteleskop, rozrzucone są po całej Ziemi - znajdziemy je na Biegunie Południowym, w Stanach Zjednoczonych i w Europie.

Jednak nawet mimo tak dużych, z naszej perspektywy, rozmiarów, ujrzenie czarnej dziury jest bardzo trudne. Po pierwsze znajduje się ona w centrum Galaktyki, które odległe jest od nas o 25 tysięcy lat świetlnych, co sprawia, że jej kątowe rozmiary na niebie są bardzo małe - tak małe jak rozmiar owocu pomarańczy leżącego na powierzchni Księżyca. Na dodatek ogromne ilości materii międzygwiazdowej, które znajdują się pomiędzy Słońcem i centrum Galaktyki, przesłaniają nam pole widzenia, tak, że wykonanie klasycznej fotografii jest niemożliwe. Konieczne są obserwacje radiowe, dla których pył międzygwiazdowy jest przeźroczysty.

Wirtualny radioteleskop, który powstanie w ramach projektu Event Horizon Telescope, będzie pracował na częstościach 230-450 GHz.

Aby uzyskać odpowiednią rozdzielczość obserwacji, naukowcy chcą wykorzystać zjawisko interferometrii. Nie zagłębiając się w szczegóły, chodzi o to, że obserwacje wykonywane jednocześnie przez koło 50 radioteleskopów w różnych zakątkach naszej planety zostaną połączone tak, aby uzyskać efekt obserwacji jednym radioteleskopem o rozmiarach porównywalnych z rozmiarami Ziemi.

Rozdzielczość tak dużego radioteleskopu będzie na tyle dobra - pewności niestety nie ma - że powinnyśmy ujrzeć wspomniany „cień” czarnej dziury na tle świecącej materii. Naukowcy z niecierpliwością oczekują wyników tych obserwacji, gdyż będzie to także test teorii Einsteina. Kolejny test, który zmusi nas do rewizji jej założeń - jeśli cień nie będzie kołowy - bądź utrwalić nasze przekonanie co do słuszności jej obecnej postaci.

Dotąd takie rejestratory danych wykorzystujące dyski twarde wystarczały. Teraz potrzebne będą bardziej wyrafinowanie urządzenia.

Osoby związane z projektem Event Horizon podkreślają, że dopiero teraz jest możliwe podjęcie się takiego wyzwania. Dlaczego? Otóż obserwacje na tak dużych częstotliwościach i w bardzo szerokich pasmach (kilkuset megaherców) wymagają zdolności systemów obserwacyjnych do magazynowania i przetwarzania bardzo dużych ilości danych. Ważna jest także komunikacja sieciowa, choć prawdopodobnie ta forma łączności nie musi okazać się wystarczająca.

Więcej o technologiach w badaniach Kosmosu:

• Square Kilometre Array: radioastronomom internet już nie wystarcza
• Laserowe 100 megabitowe łącze prosto na Marsa
• Curiosity: najbardziej zaawansowany technologicznie łazik marsjański wystartował
• Gigapikselowy sensor stworzy model 3D Galaktyki

Źródło: Event Horizon Telescope, NASA