Pierwsze zdjęcie czarnej dziury. Przełomowe dokonanie w astrofizyce

Zdjęcie zaprezentowano podczas sześciu konferencji prasowych, które odbyły się równocześnie w Brukseli, Santiago, Szanghaju, Tokio, Tajpej i Waszyngtonie. Przedstawia ono czarną dziurę znajdującą się w centrum galaktyki Messier 87, ponad 50 mln lat świetlnych od Ziemi, o masie 6,5 mld razy większej od masy Słońca.

- Wykorzystano najpotężniejsze radioteleskopy świata, żeby sfotografować nawet nie samą czarną dziurę, a jej otoczenie, na tle którego mogliśmy zobaczyć jej cień - tłumaczył na antenie TVN24 BiS Karol Wójcicki, popularyzator astronomii z portalu Z Głową w Gwiazdach.

Granica czarnej dziury, czyli horyzont zdarzeń, jest około 2,5 raza mniejszy niż cień, jaki rzuca.

- To, co zaobserwowaliśmy, to jest właśnie najbliższe otoczenie czarnej dziury, dysk akrecyjny i w samym środku ciemność - opowiadał Karol Wójcicki. - Czarne dziury są najbardziej abstrakcyjnymi obiektami we Wszechświecie - dodał.

Jego zdaniem pokazanie pierwszego zdjęcia czarnej dziury to jedno z najważniejszych wydarzeń w ciągu ostatnich dziesięcioleci. - Ten niezwykły twór, który tak całkowicie wymyka się naszym wyobrażeniom, okazało się, że naprawdę istnieje, zobaczyliśmy go. (...) To jest absolutnie niezwykłe wydarzenie - przekonywał Wójcicki.

TAK WYGLĄDA CZARNA DZIURA:

Zdjęcie zostało wykonane za pomocą teleskopu astronomicznego o nazwie Event Horizon Telescope (ang. Teleskop Horyzontu Zdarzeń). Jest to tzw. teleskop wirtualny - oznacza to, że składa on się z wielu teleskopów, które są rozproszone po całym globie. W 2017 roku, kiedy wykonano obserwacje, miał on osiem elementów, położonych w Europie, Ameryce Południowej, Ameryce Środkowej, Ameryce Północnej, na Hawajach i na biegunie południowym.

- Technika obserwacji, którą zastosowaliśmy, polega na tym, że wszystkie te teleskopy w tym samym momencie kierują się w stronę określonego obiektu i zbierają informacje - powiedziała dr Monika Mościbrodzka z Radboud University w Nijmegen (Holandia), członkini zespołu badawczego Event Horizon Telescope. Razem tworzą one wirtualny teleskop o rozmiarze Ziemi. - Dzięki temu możemy osiągnąć bezprecedensową rozdzielczość. Event Horizon Telescope ma moc obserwacyjną, którą osoba stojąca w Paryżu mogłaby użyć, aby odczytać tekst gazety znajdującej się w Nowym Jorku - dodaje.

Teleskopy nie są fizycznie połączone, są w stanie synchronizować zebrane dane przy pomocy zegarów atomowych - maserów wodorowych - które precyzyjnie wskazują czas obserwacji. Dane zebrano na fali o długości 1,33 mm podczas globalnej kampanii w 2017 roku. Każdy z teleskopów EHT produkował niezmiernie duże ilości danych - prawie 350 terabajtów dziennie - które były przechowywane na wypełnionych helem dyskach twardych o dużej wydajności. Dane te spływały do wyspecjalizowanych superkomputerów (zwanych korelatorami) w Max Planck Institute for Radio Astronomy i MIT Haystack Observatory w celu połączenia. Następnie były starannie konwertowane na obrazy przy zastosowaniu nowatorskich narzędzi obliczeniowych opracowanych w ramach projektu.

W ramach projektu Event Horizon Telescope przeprowadzono obserwacje dwóch czarnych dziur. Pierwsza z nich znajduje się w samym centrum naszej galaktyki - Drogi Mlecznej. Ta druga - w centrum oddalonej od nas o ponad 50 milionów lat świetlnych galaktyki Messier 87. Obydwie zostały wybrane z prostego powodu: są one już dość dobrze poznane. - Dzięki temu jesteśmy pewni, że rozdzielczość naszego teleskopu jest wystarczająca, aby uchwycić je na zdjęciach - mówi dr Mościbrodzka.

Jak tłumaczy, czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej jest obiektem obserwacji już od lat 70. ubiegłego stulecia. Dzięki temu astronomowie wiedzą już o niej dość dużo - znają m.in. jej masę i dokładną odległość od Ziemi.

Podobnie jest w przypadku czarnej dziury z galaktyki Messier 87. Choć ten konkretny obiekt leży o wiele dalej od Ziemi, to jest on bardzo ciekawy dla badaczy - ma on bowiem tysiąckrotnie większą masę niż czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej.

- Supermasywne czarne dziury są rozsiane po całym Wszechświecie - mówi dr Mościbrodzka. - W tym momencie mamy bardzo dużo dowodów na to, że znajdują się one w centrum każdej galaktyki. Problem polega na tym, że często są one po prostu za daleko, żeby można było je uchwycić naszym teleskopem. Tymczasem te czarne dziury, które wybraliśmy, są dość jasne, znajdują się relatywnie blisko i mają wystarczająco duże rozmiary - dodaje.

Inicjatywa sfotografowania czarnej dziury nie jest zupełnie nowym pomysłem. Pierwsze tego typu eksperymenty przeprowadzano jeszcze w poprzedniej dekadzie. Technologia nie była jednak wówczas dobrze rozwinięta. Za mała była również sieć teleskopów. Dopiero teraz dokonał się postęp technologiczny pozwalający zrobić zdjęcie obiektu takiego jak czarna dziura.

Jak wyjaśnia dr Mościbrodzka, obserwacje astronomiczne przeprowadza się na różnych długościach fal elektromagnetycznych. Oznacza to, że teleskopy astronomiczne mogą rejestrować nie tylko obraz widoczny dla ludzkiego oka (światło widzialne), ale też w falach radiowych, podczerwonych czy rentgenowskich. - Event Horizon Telescope obserwuje na falach milimetrowych (fale o długościach między radiowymi a podczerwonymi), co jest innowacyjne - mówi.

Naukowcy mają nadzieję, że możliwość fotografowania czarnych dziur i ich bezpośredniego otoczenia dostarczy im nowych informacji na temat grawitacji - najmniej zrozumianej spośród czterech tzw. fundamentalnych sił działających we Wszechświecie. - Czarne dziury to obiekty, które mają najsilniejsze możliwe pole grawitacyjne. Każda nowa metoda ich obserwacji daje nam unikalną możliwość zbadania natury grawitacji - tłumaczy dr Mościbrodzka.

Do prowadzenia tego typu obserwacji potrzebny był specjalny sprzęt. - Musieliśmy mieć teleskop o wypadkowym rozmiarze całej planety. Dopiero to pozwoliło nam użyć odpowiedniej rozdzielczości, żeby uchwycić coś tak małego. Obserwowaliśmy fragment kosmosu o rozmiarze pomarańczy widzianej z odległości około 380 tysięcy kilometrów. To jest coś naprawdę super małego - wyjaśniał Wójcicki.

Wyniki obserwacji zostały opisane w sześciu artykułach naukowych, które ukazały się w środę w specjalnym wydaniu pisma "The Astrophysical Journal Letters".

Autor: kw,dd/aw / Źródło: mashable.com, telegraph.co.uk, edition.cnn.com, PAP