Astronomowie pokazali dzisiaj pierwszy obraz czarnej dziury (a tak naprawdę jej cienia). Udało się to osiągnąć w obserwacjach supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki M87. Wyniki uzyskane w ramach projektu o nazwie Teleskop Horyzontu Zdarzeń (EHT) ogłoszono na jednoczesnej konferencji prasowej w Brukseli i w kilku innych miastach. Udział w odkryciu mają Polacy.

Czarne dziury fascynują wiele osób. O ich istnieniu jesteśmy w zasadzie przekonani, chociażby na podstawie obserwacji ruchów innych obiektów w pobliżu czarnych dziur i przewidywań ogólnej teorii względności, ale do tej pory nie udało się takiej czarnej dziury zaobserwować bezpośrednio. Aby zmienić tę sytuację ponad 200 naukowców zaangażowało się w Event Horizon Telescope (EHT), czyli Teleskop Horyzontu Zdarzeń.

Globalna sieć teleskopów

EHT to globalny projekt z celem zaobserwowania cienia czarnej dziury. Łączy radioteleskopy i sieci radioteleskopów z różnych miejsc na Ziemi, aby przeprowadzić obserwacje interferometrii wielkobazowej (VLBI) i utworzyć wirtualny teleskop o wielkości naszej planety. W ten sposób w przypadku supermasywnej czarnej dziury w galaktyce M87 udało się uzyskać kątową zdolność rozdzielczą 20 mikrosekund łuku. To tak jakbyśmy siedząc w kawiarni w Paryżu byli w stanie przeczytać gazetę umieszczoną w Nowym Jorku, albo będąc na Ziemi rozróżnić szczegóły wielkości karty kredytowej na Księżycu.

Rozmieszczenie teleskopów pracujących w ramach Teleskopu Horyzontu Zdarzeń (EHT) podczas obserwacji supermasywnej czarnej dziury w galaktyce M87. Źródło: NRAO.

Łącznie przy projekcie EHT pracuje ponad 200 naukowców z Europy, Afryki, Ameryki Południowej, Ameryki Północnej, Azji. W składzie konsorcjum EHT znajduje się 13 instytucji. Z kolei zaangażowane w obserwacje teleskopy to: ALMA, APEX, IRAM 30-meter Telescope, IRAM NOEMA Observatory, James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), Large Millimeter Telescope (LMT), Submillimeter Array (SMA), Submillimeter Telescope (SMT), South Pole Telescope (SPT), Kitt Peak Telescope oraz Greenland Telescope (GLT).

Warte tutaj wskazania są mocno niedostępne miejsca, w których znajdują się teleskopy, takie jak wulkany na Hawajach i w Meksyku, góry w Arizonie i hiszpańskiej Sierra Nevada, chilijską pustynię Atakama, a nawet Antarktydę.

Zdjęcie cienia czarnej dziury

Obserwacje prowadzono na fali o długości 1,3 mm. Udało się uzyskać obraz cienia czarnej dziury oraz wyznaczyć jej masę w sposób niezależny od wyznaczeń masy na podstawie dynamiki gwiazd w M87. Wyznaczona masa to 6,5 miliardów mas Słońca. Z kolei odległość do czarnej dziury wynosi 55 milionów lat świetlnych. Sam cień czarnej dziury jest około 2,5 razy większy niż horyzont zdarzeń, który mierzy nie więcej niż 40 miliardów kilometrów (mniej niż 250 au).

Tak wygląda pierwsze w historii zdjęcie czarnej dziury (a właściwie jej cienia). Źródło: EHT Collaboration.

Jak przebiegły te przełomowe odkrycie? Najpierw wielokrotnie obserwowano strukturę w kształcie pierścienia w sercu galaktyki M87. Wewnątrz tej struktury znajduje się ciemny obszar. Po upewnieniu się, że wszystkie elementy występują w kolejnych obserwacjach EHT zaczęto sprawdzać wyniki obserwacji z przewidywaniami modeli teoretycznych, takich które uwzględniają fizykę zakrzywionej przestrzeni, supergrzanie materii i silne pola magnetyczne. Okazało się, że obserwacje zgadają się z przewidywaniami teoretycznymi. Ten ciemny obszar w środku to cień czarnej dziury!

„Osiągnęliśmy coś, co wydawało się niemożliwe jeszcze generację temu. Przełomy technologiczne, połączenia pomiędzy najlepszymi obserwatoriami radioastronomicznymi na świecie i innowacyjne algorytmy – wszystko to razem otworzyło drogę do zupełnie nowego okna na czarne dziury i na horyzont zdarzeń” powiedział Sheperd S. Doeleman z Center for Astrophysics (Harvard & Smithsonia), dyrektor projektu EHT.

Europejskie zaangażowanie

Europa jest zaangażowana w Teleskop Horyzontu Zdarzeń zarówno od strony sprzętowej (teleskopy), naukowej (astronomowie), jak i finansowej (np. grant Europejskiej Komisji ds. Badań Naukowych w wysokości 14 milionów euro na projekt BlackHoleCam). Wśród instytucji z kluczowym udziałem można wymienić Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO), IRAM czy Max Planck Society. Dodatkowo, Karl Schuster, Dyrektor IRAM i członek Rady EHT, wskazał, że uzyskanie tych wyników jest niejako zwieńczeniem wielu dekad rozwoju europejskiej astronomii na falach milimetrowych.

Polski udział w odkryciu

W projekcie Teleskopu Horyzontu Zdarzeń bierze udział dwoje Polaków: prof. Monika Mościbrodzka z Radboud University w Nijmegen w Holandii oraz dr Maciek Wielgus z Black Hole Initiative na Harvard University w USA. Prof. Mościbrodzka kieruje grupą badawczą zajmującą się polaryzacją, była też w gronie naukowców referujących uzyskane wyniki podczas konferencji prasowej w Brukseli. Z kolei dr Wielgus kieruje statystyczną weryfikacją danych oraz badaniem czasowej zmienności obserwowanych źródeł.

Wyniki badań opublikowano w serii sześciu artykułów, które ukazały się 10 kwietnia b.r. w specjalnym wydaniu czasopisma „The Astrophysical Journal Letters”.

Artystyczna wizja supermasywnej czarnej dziury i jej najbliższego otoczenia w centrum galaktyki M87. Źródło: ESO/M. Kornmesser.

Opracowanie: Krzysztof Czart

Więcej informacji:

Źródło: EHT / ESO