18.11.2017
PL EN
18.04.2017 aktualizacja 18.04.2017

Pierwsze zdjęcie otoczenia czarnej dziury

Od 5 do 14 kwietnia liczne radioteleskopy z całego świata połączyły siły w niezwykłych obserwacjach - jako Teleskop Horyzontu Zdarzeń. Celem przedsięwzięcia była próba uzyskania bezpośredniego obrazu najbliższego otoczenia czarnej dziury.

O badaniach poinformowały Massachusetts Institute of Technology (MIT), Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO), National Radio Astronomy Observatory (NRAO) i inne instytucje naukowe biorące udział w projekcie.

Łącząc siły różnych radioteleskopów rozmieszczonych w Europie, Ameryce Północnej, Ameryce Południowej, na Hawajach, a nawet na Antarktydzie, naukowcy niejako przekształcili Ziemię w jeden gigantyczny instrument obserwacyjny. Zdolność rozdzielcza tak prowadzonych obserwacji jest porównywalna z promieniem horyzontu zdarzeń - granicy supermasywnej czarnej dziury rezydującej w centrum Drogi Mlecznej.

Kampania nosi nazwę Event Horizon Telescope (EHT), czyli Teleskop Horyzontu Zdarzeń. Obserwacje zostały przeprowadzone radioteleskopami na fali o długości 1,3 mm. Jak mówią naukowcy, to idealny zakres do tego typu obserwacji, bowiem na falach krótszych ziemska atmosfera absorbuje większość sygnału, a na falach dłuższych źródło będzie zbyt rozmyte przez swobodne elektrony poruszające się pomiędzy nami a centrum galaktyki, i nie uzyska się wystarczająco dobrej rozdzielczości.

Idea wykorzystania wielu teleskopów do równoczesnych obserwacji jednego obiektu nie jest nowa. Technika ta nazywa się obserwacjami interferometrycznymi (wykorzystującymi zjawisko interferencji fal elektromagnetycznych) i w skali setek, a nawet tysięcy kilometrów odległości pomiędzy poszczególnymi teleskopami jest od dawna wykorzystywana w radioastronomii (jako VLBI czyli „interferometria wielkobazowa”).

Tym razem cel obserwacji był niezwykły; coś czego do tej pory nikt nie wykonał: uzyskanie pierwszego w historii zdjęcia horyzontu zdarzeń czarnej dziury.

Według ogólnej teorii względności Einsteina, patrząc na czarną dziurę powinniśmy zobaczyć jej ciemną sylwetkę na tle obiektów znajdujących się dalej. Dla ciała o danej masie można obliczyć, w jakiej odległości od centrum obiektu prędkość ucieczki przekracza prędkość światła. Promień, w którym prędkość ucieczki przekroczy prędkość światła, nazywany jest promieniem Schwarzschilda. Jeśli obiekt mieści się w promieniu Schwarzschilda, wtedy mamy do czynienia z czarną dziurą. W przypadku czarnej dziury powierzchnia znajdująca się w odległości promienia Schwarzschilda nazywana jest horyzontem zdarzeń.

Wiadomo, że w centrum Drogi Mlecznej znajduje się supermasywna czarna dziura Sgr A* o masie około 4 milionów razy większej, niż masa Słońca. Dzieli nas od niej 26 tysięcy lat świetlnych. Patrząc na czarną dziurę powinniśmy zaobserwować czarny, okrągły obszar – jej ciemną sylwetkę na tle kosmicznego tła.

Poznanie jego dokładnego kształtu pozwoli astronomom i fizykom uzyskać wartości graniczne dla masy i spinu czarnej dziury.

Kolejnym z celów Teleskopu Horyzontu Zdarzeń jest zbadanie akrecji, czyli procesu przyciągania materii z otoczenia przez czarną dziurę. Spadająca na czarną dziurę materia tworzy spłaszczony, rotujący dysk materii, zwany dyskiem akrecyjnym. W takich systemach występują też dżety plazmy wystrzeliwane z okolic czarnej dziury. Potężne dżety obserwuje się w bardzo wielu galaktykach.

Oprócz obserwacji supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej rodzimej galaktyki - Drogi Mlecznej, naukowcy prowadzili także obserwacje supermasywnej czarnej dziury w galaktyce Messier 87.

Messier 87 to gigantyczna galaktyka eliptyczna położona 53 milionów lat świetlnych od nas. Jej czarna dziura jest dużo masywniejsza od naszej – ma 6 miliardów mas Słońca, zatem jej promień Schwarzschilda i horyzont zdarzeń także są większe, co przy obserwacjach z Ziemi plasuje ją jako drugą pod względem rozmiarów kątowych czarną dziurę na niebie.

W obserwacjach Teleskopu Horyzontu Zdarzeń wzięły udział następujące radioteleskopy: Arizona Radio Observatory/Submillimeter-wave Astronomy (ARO/SMT), Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), 30-metrowy teleskop IRAM, EAO* (JCMT), interferometr NOEMA, South Pole Telescope (SPT), The Large Millimeter Telescope (LMT), The Submillimeter Array (SMA).

Oprócz tego od 1 do 4 kwietnia b.r. prowadzono obserwacje w ramach projektu Global mm-VLBI Array (GMVA). Ich celem było zbadanie własności materii akreującej na supermasywną czarną dziurę oraz wypływów materii z jej okolic.

W trakcie obserwacji EHT i GMVA zarejestrowano olbrzymie ilości danych, liczone w petabajtach, czyli tysiącach terabajtów, albo milionach gigabajtów. Dane te będą teraz analizowane przy pomocy superkomputerów. Wyniki obserwacji poznamy najwcześniej za kilka miesięcy. Przypuszczalnie pierwsza publikacja wyników nastąpi w 2018 r. (PAP)

cza/ zan/

Partnerzy

Copyright © Fundacja PAP 2017