Astronomowie pierwszy raz pokazali zdjęcie czarnej dziury! „Jesteśmy oszołomieni”

Czarna dziura to obszar, w którym siła grawitacja jest tak potężna, że nie pozwala uciec żadnej materii, a nawet światłu. Do jej wytworzenia potrzeba zgromadzenia bardzo dużej masy w małej objętości. Matematyczna granica tego obszaru zwana jest horyzontem zdarzeń. Istnieją dwa główne rodzaje czarnych dziur: o masach gwiazdowych oraz supermasywne czarne dziury o masach milionów, a nawet miliardów mas Słońca. O tym, że w centrum naszej galaktyki znajduje się supermasywna czarna dziura, naukowcy podejrzewali od dość dawna. Najsilniejszym dowodem na to były do tej pory obserwacje ruchu gwiazd w pobliżu centrum (Sagittarius A*, w skrócie Sgr A*), wskazujące na obecność w tym miejscu masy cztery miliony razy większej niż masa Słońca. Teraz astronomowie pokazali zdjęcie "naszej" czarnej dziury.

Astronomowie "zrobili zdjęcie" czarnej dziury

Zaprezentowane w czwartek zdjęcie jest pierwszym bezpośrednim potwierdzeniem (wizualnym) istnienia tej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej. Widać na nim cień czarnej dziury i jasny pierścień tuż obok horyzontu zdarzeń czarnej dziury. Rozmiar cienia czarnej dziury ma około 52 mikrosekundy łuku na niebie.

Obraz czarnej dziury uzyskano w wyniku analizy danych z obserwatoriów radiowych, współpracujących w ramach projektu o nazwie Teleskop Horyzontu Zdarzeń (EHT). Efekty swoich prac naukowcy przedstawili w czwartek, na zorganizowanych równocześnie w kilku miejscach na świecie konferencjach prasowych.

- Jesteśmy oszołomieni tym, jak dobrze rozmiar pierścienia zgadza się z przewidywaniami ogólnej teorii względności Einsteina. Te bezprecedensowe obserwacje znacznie poprawiły zrozumienie tego, co dzieje się w samym centrum naszej galaktyki i dają nowy wgląd w interakcje olbrzymiej czarnej dziury z otoczeniem - wskazał Geoffrey Bower z Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica w Tajpej (Tajwan), pracujący w zespole projektu EHT.

Wcześniej pokazano inną czarną dziurę

Pokazane zdjęcie nie jest pierwszym w historii obrazem czarnej dziury. W 2019 roku ogłoszono wyniki obserwacji cienia czarnej dziury z galaktyki Messier 87 (obiekt M87*). W obu przypadkach mamy do czynienia z supermasywnymi czarnymi dziurami, ale występują pomiędzy nimi różnice: M87* jest około 1600 razy masywniejsza od Sgr A*.

W przypadku czarnych dziur masa jest wprost proporcjonalna do promienia, zatem M87* jednocześnie jest też 1600 razy większa. Jednak ze względu na różnicę odległości, obie mają dla nas podobny rozmiar kątowy na niebie. Czarna dziura M87* leży w odległości 55 milionów lat świetlnych, a od Sgr A* dzieli nas 27 tysięcy lat świetlnych.

Naukowcy wskazują, że pomimo tych różnic obiekty są bardzo podobne. Jak tłumaczy Sera Markoff z University of Amsterdam w Holandii, współprzewodnicząca Rady Naukowej EHT, mamy dwa zupełnie różne typy galaktyk i dwie zupełnie różne masy czarnych dziur - ale w pobliżu brzegów tych czarnych dziur wyglądają one niesamowicie podobnie, co mówi nam, że ogólna teoria względności rządzi tymi obiektami z bliska, a jakiekolwiek różnice, które widzimy dalej, muszą wynikać z różnic w materii, która otacza czarne dziury.

Obserwacje „naszej” czarnej dziury były dużo trudniejsze, niż tej w galaktyce M87, ze względu na dużo szybszą zmienność okolic czarnej dziury. W obu przypadkach gaz w pobliżu czarnej dziury porusza się z taką samą prędkością, bliską prędkości światła. Jednak okrążenie M87* zajmuje mu dni, a nawet tygodnie, natomiast obiegnięcie całej orbity wokół Sgr A* to dla gazu zaledwie minuty. Oznacza to, że jasność i struktury gazu wokół Sgr A* zmieniają się dużo gwałtowniej, co utrudnia uzyskanie stabilnego obrazu. Naukowcy musieli opracować metody uwzględniające ruchy gazu. To było powodem, iż kilka lat temu ogłoszono wyniki dla M87*, a dopiero teraz dla Sgr A*.