Z daleka wygląda jak UFO, ale jest dużo masywniejsza. Czarna dziura w centrum Galaktyki na "zdjęciu"

Pierwsze zdjęcie czarnej dziury w centrum Galaktyki, a w praktyce jej otoczenia, gdyż samej czarnej dziury nie sposób dojrzeć znanymi nam technikami, było niemal tak mocno wyczekiwane przez astronomów jak pierwsze ostre fotografie z teleskopu Webb. Choć Sagittarius A* (Sgr A*) to czarna dziura, która jest cztery miliony bardziej masywna od naszego Słońca i w widoczny sposób zaburza trajektorie gwiazd w centrum Drogi Mlecznej, jej dojrzenie wymagało kolaboracji astronomów pod nazwa EHT.

Obiekt Sgr A* odkryto w 1974 roku jako zwarte źródło promieniowania radiowego, które utożsamiano później z supermasywną czarną dziurą

Pierwszy obraz bliskiego otoczenia czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej i jak go uzyskano

EHT (Event Horizon Telescope, czyli Teleskop Horyzontu Zdarzeń) to sieć radioteleskopów rozsianych na czterech kontynentach, które dzięki technice interferometrii wielkobazowej, są w stanie zobaczyć obiekty tak małe jak pączek leżący na powierzchni Księżyca. Bo to właśnie takiej wielkości dla obserwatora z Ziemi jest pokazany na zdjęciu pierścień.

Sieć radioteleskopów Event Horizon Telescope

Teleskopy, które brały udział w obserwacjach czarnej dziury w centrum Galaktyki to między innymi sieć ALMA oraz radioteleskop APEX na pustyni Atacama w Chile, a także 30-metrowy radioteleskop IRAM w Hiszpanii, NOEMA, czyli radioteleskop do obserwacji w falach milimetrowych we Francji. Łącznie było to osiem instrumentów.

Jasny pierścień wokół czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej, widoczny na zdjęciu, ma rozmiar 52 mikrosekund łuku. Dla porównania, przekątna tarczy Księżyca to aż 1859998670 mikrosekund łuku. Czyli prawie 36 milionów razy więcej

Z zebranych danych dało się uzyskać obraz otoczenia czarnej dziury, na który składa się ciemny dysk w którym skrywa się właśnie czarna dziura i świetlny pierścień, który powstał z zakrzywienia i zogniskowania światła, emitowanego przez otaczający czarną dziurę gaz, przez jej ogromną masę. Uzyskanie obrazu wymagało przetworzenia informacji z pomocą superkomputera w centrum Maxa Plancka w Niemczech. I sporo czasu, bo wielogodzinne obserwacje przeprowadzono jeszcze w 2017 roku.

Fotografowanie otoczenia czarnej dziury w Drodze Mlecznej to wyjątkowe wyzwanie

Jak wskazują astronomowie z zespołu EHT, obserwowanie masywniejszej, ale też dużo odleglejszej niż Sgr A*, czarnej dziury w supermasywnej galaktyce M87 było dużo łatwiejsze. Galaktyka M87 znajduje się 53 miliony lat świetlnych od nas, a centrum Drogi Mlecznej „tylko” 26 tysięcy lat świetlnych. Na dodatek „nasza” czarna dziura jest mniejsza niż ta w centrum M87, która waży 6,5 miliarda mas Słońca. W efekcie gaz otaczający ją szybciej zmienia swoją pozycję, co utrudnia uzyskanie stabilnego obrazu przy długiej ekspozycji.

Przykładowe składowe obrazy, które tworza wynikowe zdjęcie Sgr A*

Gaz w otoczeniu czarnych dziur porusza się z tą samą prędkością - niemal równą prędkości światła - zarówno dla centrum Drogi Mlecznej jak i M87. Jednakże w tym drugim przypadku pełen obieg trwa dni a nawet tygodnie, to w przypadku Sgr A* są to minuty. Obraz tego obiektu zmienia się w tak dużym tempie, że jego fotografowanie przypomina próbę uchwycenia ostrego obrazu szczeniaka, który goni za swoim ogonem - Chi-kwan (‘CK’) Chan ze Steward Obserwatory na Uniwersytecie w Arizonie

Najlepiej byłoby rejestrować obrazy „na krótkim czasie”, co jednak przeszkadza w uzyskaniu wyraźnych obrazów tak słabo świecącego obiektu.

Poniżej wideo, które wyjaśnia technikę tworzenia wynikowych obrazów, zarówno dla czarnej dziury w galaktyce M87 jak i w Drodze Mlecznej.

Obejrzyj w

Ogólna Teoria Względności po raz kolejny potwierdzona

Dla nas, zdjęcia czarnej dziury w M87 jak i tej w centrum Drogi Mlecznej mogą wydać się podobne i to wszystko. Jednak dla astronomów badających te obiekty to podobieństwo jest kluczowe w przypadku czarnych dziur o kompletnie różnych masach, w centrach różnego typu galaktyk. Droga Mleczna to jak wiecie, galaktyka spiralna o rozmiarze dysku około 150 tysięcy lat świetlnych, M87 to galaktyka eliptyczna, która ma rozmiar prawie miliona lat świetlnych. A mimo to, najbliższym otoczeniem czarnych dziur w ich centrach rządzą te same prawa Ogólnej Teorii Względności, stąd tak podobny wygląd.

Porównanie rozmiarów czarnych dziur w M87 i Drodze Mlecznej. Ta nasza jest malutka, ale i tak prawie wypełnia objętością orbitę Merkurego. Z kolei w M87 mamy giganta, który jest znacznie większy niż odległość, do której dotarł Voyager 1

Badania Sgr A* za pomocą EHT są kontynuowane. W marcu 2022 roku miała miejsce kolejna faza obserwacji, której wyniki wciąż są analizowane. Natomiast dotychczasowe wyniki, również z pomocą teleskopów optycznych pracujących w podczerwieni, pozwoliły określić podane w tym tekście rozmiary, odległość jak i masę Sgr A* dokładniej niż kiedykolwiek.

Źródło: ESO, inf. własna