Pierwsze zdjęcie czarnej dziury - uzyskane dzięki interferometrii radiowej

Czarna dziura to w naszym życiu synonim bardzo trudnej sytuacji, w naturze opis obiektu, który jest ostatnim etapem życia masywnych gwiazd lub też obiektem, który powstał już na początku istnienia Wszechświata. Czarna dziura czyli obiekt, z którego nie potrafi uciec nawet światło, tak silną ma grawitację. A skoro nie emituje on światła sam z siebie, to jak należy rozumieć pierwsze zdjęcie czarnej dziury, które właśnie obiegło cały świat. Uzyskane przez radioastronomów w ramach projektu EHT (Event Horizon Telescope).

Warto zacząć od tego, że to zdjęcie ma się nijak do większości ostatnio pokazywanych wyobrażeń, bo to nimi byliśmy od lat karmieni. Żaden obraz, który wydawałoby się wam, że jest obrazem czarnej dziury nim nie był. Dotyczy to szczególnie takich ilustracji, które pokazują czarną plamę w pobliżu, której obraz gwiazd staje się rozciągnięty tak jak napięta zostaje czasoprzestrzeń. To tylko wizualizacja nic więcej.

Naukowcy mieli jednak wyobrażenie jak może wyglądać efekt istnienia czarnej dziury. Udawało się nam zaobserwować pośredni wpływ ogromnej grawitacji na pobliską materię w postaci strug materii, zakłóconego jej przepływu i różnego rodzaju emisji promieniowania. Czy można było oczekiwać czegoś więcej. Tak - tym czymś był najbardziej namacalny dowód istnienia czarnej dziury czyli cień jaki rzuca ona na otaczającą ją jasna materię. Nie jest to cień w klasycznym tego słowa znaczeniu, ale na obrazie, który uznajemy za pierwsze zdjęcie czarnej dziury, właśnie tak on wygląda. Rozmiar tego cienia jest 2,5 raza większy niż rozmiar tak zwanego horyzontu zdarzeń, który uznajemy za graniczną powierzchnię czarnej dziury.

Obraz uzyskany w ramach wspomnianego projektu EHT jest wynikiem interferometrycznych obserwacji, czyli obserwacji, w których wiele radioteleskopów na Ziemi łączy się by stworzyć pojedynczy radioteleskop o bazie porównywalnej z rozmiarem Ziemi. A ponieważ rozdzielczość obrazu zależy od rozmiaru powierzchni zbierającej (nie samej powierzchni) to możemy w ten sposób dostrzec nawet bardzo małe obiekty. Obserwacje zbierano w falach o długości 1,3 mm, a każdy z radioteleskopów generował dziennie 350 terabajtów danych. Ciekawostką jest, że do gromadzenia tak dużej liczby informacji wykorzystano znane nam już dyski twarde, których wnętrze wypełniono helem. To najpojemniejsze obecnie dyski talerzowe i dużo tańsze mimo wszystko niż coraz tańsze SSD.

Cel obserwacji jest ogromny w kategoriach bezwzględnych, bo ma 40 bilionów kilometrów średnicy, ale ponieważ leży 53 milionów lat świetlnych od Ziemi, dla obserwatora jest bardzo mały. Ma rozmiar kątowy porównywalny z rozmiarem karty kredytowej leżącej na powierzchni Księżyca.

Stąd konieczność dużej rozdzielczości. Pierwsze zdjęcie czarnej dziury to zdjęcie centralnej czarnej dziury w galaktyce eliptycznej M87 w gwiazdozbiorze Panny. Swoją drogą ta galaktyka należy do jednych z największych galaktyk, jednak dla amatora jest mało atrakcyjna wizualnie. Nie ma typowych w spiralnych galaktykach ramion, a jest po prostu jasną plamą, która przypomina gromady kuliste gwiazd (z którymi ma trochę wspólnego).

Teoria - taki obraz spodziewali się uzyskać astronomowie

Uzyskany obraz, czyli cień czarnej dziury jest zgodny z przewidywaniami co dodatkowo ucieszyło astronomów. Dla nas pewnie nie jest tak spektakularny jak byśmy tego chcieli, ale powinniśmy docenić tryumf ludzkiego umysłu. Sto lat temu pierwsze eksperymenty potwierdziły przewidywania Einsteina, które sformułował w teorii względności. Dziś „widząc” pierwsze zdjęcie czarnej dziury, a raczej jej cień, który powstaje w wyniku podobnych mechanizmów jak te, których świadectwo obserwowano w trakcie zaćmienia Słońca w 1919, jeszcze bardziej należy docenić jego geniusz i geniusz człowieka, który bez żadnej pomocy „z zewnątrz” powoli rozwiązuje zagadki istnienia wszechświata.

Praktyka - tak wygląda pierwsze zdjęcie "cienia" czarnej dziury

Skoda że tej chwili nie dożył Stephen Hawking, którego spora część życia poświęcona była badaniom czarnych dziur. Badaniom w dużej mierze teoretycznym, a teraz świętujemy tryumf astronomii obserwacyjnej. Być może jednak umierał on świadom, że takie obserwacje poczyniono, gdyż zebrano je już w 2017 roku jeszcze przed śmiercią Hawkinga.

Źródło: ESO