Zdjęcie czarnej dziury potwierdza teorie Einsteina. Planowane są już publikacje kolejnych fotografii

- Ostatnio sfotografowana, słynna czarna dziura to supermasywna czarna dziura z galaktyki M87. Nie jest to najbliższa nam czarna dziura, ale jedna z najbliższych tak ogromnych w centrum galaktyki. To, co zobaczyliśmy na słynnym zdjęciu, to tak naprawdę cień czarnej dziury, bo samej czarnej dziury nie jesteśmy w stanie dostrzec, ona pochłania światło. Chociaż ta materia, która wokół niej krąży, a krąży przecież wokół masywnego obiektu, nagrzewa się do ogromnych temperatur, więc taki dysk materii, która opada na czarną dziurę, jesteśmy w stanie dostrzec – tłumaczy Mateusz Borkowicz z Centrum Nauki Kopernik.

W pierwszej połowie kwietnia 2019 roku zespół 200 naukowców z Event Horizon Telescope (EHT) ujawnił podczas symultanicznych konferencji prasowych w sześciu krajach, że w swoim niemal 20-letnim dążeniu do wyobrażenia cienia czarnej dziury, udało się po raz pierwszy go udokumentować. Czarna dziura z centrum galaktyki Messier 87 jest ogromna, a jej horyzont zdarzeń – punkt, poza którym nawet światło nie może wrócić – zatacza kulę tak szeroko, jak cały nasz układ słoneczny.

Radioteleskop bardzo dokładnie potrafi zbadać niewielki obszar nieba

– Teleskopy optyczne nie są w stanie dokładnie sfotografować czarnej dziury, bo nie mają takiej rozdzielczości. Są też radioteleskopy, które obserwują w zakresie radiowym, czyli w świetle, którego my nie postrzegamy, przynajmniej naszymi oczami, ale mamy od tego właśnie urządzenia. Radioteleskop bardzo dokładnie potrafi zbadać niewielki obszar nieba, ale to nie wystarczy, żeby zbadać czarną dziurę – mówi Mateusz Borkowicz.

Na zdjęciu widać nie tyle czarną dziurę, ile jej cień. Kiedy materia zbliża się do horyzontu zdarzeń czarnej dziury, tworzy dysk orbitujący. Materia na tym dysku zamienia część swojej energii na tarcie, gdy ociera się o inne cząstki materii. Nagrzewa to dysk, a im bliżej, tym większe tarcie. Materia bliżej horyzontu zdarzeń świeci jaskrawo jasno, z ciepłem porównywalnym do setek słońc. To właśnie światło wykryło EHT wraz z cieniem czarnej dziury.

– Zdjęcie wyszło trochę rozmyte, rozmazane, dlatego że materia, która krąży wokół czarnej dziury, jest właśnie rozmyta. Podobnie jak byśmy chcieli sfotografować chmury, one nie wyjdą nam ostre, tylko rozmyte. I ta materia wygląda podobnie, jest rozłożona w naprawdę dużej objętości. To nie tylko gazy, znajdziemy tam również pyły, jakieś szczątki, np. dawnej gwiazdy, która została przez grawitację czarnej dziury rozerwana – tłumaczy ekspert.

Aby sfotografować tak oddaloną przestrzeń, zespół potrzebował teleskopu tak dużego jak Ziemia. Wobec braku takiej gigantycznej maszyny zespół EHT połączył teleskopy z całej planety oraz ich dane. Odczyty teleskopów były niemal całkowicie zsynchronizowane.

– Trzeba było systemu 8 radioteleskopów, które były rozmieszczone na całej Ziemi i stworzyły interferometr. W tym samym czasie prowadziły obserwację tego samego obiektu, czyli supermasywnej czarnej dziury w M87, w tym samym czasie zbierały dane i tworzyły wirtualny radioteleskop o średnicy porównywalnej do wielkości naszej planety. Mimo że zbierane dane i czułość takiego radioteleskopu nie była aż tak duża jak radioteleskop wielkości naszej planety, to jednak rozdzielczość obserwacji była ogromna. To tak, jakby z Warszawy czytać gazetę, która jest w Paryżu – tłumaczy ekspert Centrum Nauki Kopernik.

Zdjęcie cienia czarnej dziury potwierdzają teorię Alberta Einsteina

Jak podkreśla Mateusz Borkowicz, zdjęcie cienia czarnej dziury przede wszystkim potwierdzają teorię Alberta Einsteina, która wskazywała, że pomiary prędkości materii wokół środka czarnej dziury są zgodne z prędkością bliską prędkości światła.

– To zdjęcie jest przełomowe, pokazuje, że teoria jest dobra, udowadnia, że tak jak przewidywali teoretycy, tak jest w rzeczywistości. To jest pierwsze zdjęcie tak bliskiego sąsiedztwa czarnej dziury i horyzontu zdarzeń, czyli tej granicy, którą można przekroczyć, ale gdy już ją przekroczymy, to nie ma odwrotu, więc nawet światło, wpadając do czarnej dziury, już się z niej nie wydostanie – ocenia Mateusz Borkowicz.

Pokazanie pierwszego zdjęcia czarnej dziury to jedno z najważniejszych wydarzeń w ciągu ostatnich dziesięcioleci. Czarna dziura M87 nie jest jedyną supermasywną czarną dziurą obserwowaną przez EHT. Zespół obserwuje również Strzelca A, supermasywną czarną dziurę w centrum naszej galaktyki, i planuje wkrótce opublikować pierwszy obraz tego obiektu.

– W centrum naszej Drogi Mlecznej też jest supermasywna czarna dziura, ale jej masa jest mierzona w milionach mas słońca, czyli jest niewielka w przeciwieństwie do tej z galaktyki M87, Panny A. Ta galaktyka jest naprawdę duża i ma potężną czarną dziurę, której masa jest mierzona w miliardach mas słońca, około 6,5 mld mas słońca – mówi Mateusz Borkowicz.

Czarna dziura Drogi Mlecznej ma masę 4,1 miliona słońc i średnicę 60 mln km. To w przybliżeniu tyle, co podróż z Londynu do Nowego Jorku 45 bln razy. EHT porównuje to z pobytem w Nowym Jorku i próbą policzenia dołków na polu golfowym w Los Angeles lub obrazowanie pomarańczy na Księżycu.