W odległej galaktyce, ale wcale nie tak dawno temu, wykonano przełomowe zdjęcie. Międzynarodowy zespół naukowców skupionych wokół programu Event Horizon Telescope przedstawił pierwszy w dziejach obraz czarnej dziury (czy raczej jej cienia) w sercu galaktyki M87. Dlaczego jest to tak istotny etap w eksploracji przestrzeni kosmicznej?
Ze względu na ich zagadkowość twórcy sci-fi wykorzystują je jako niszczycielskie siły połykające statki lub nawet planety, więzienia albo tajemnicze mosty do innych światów. Czarne dziury stanowią bowiem w istocie próżniowe obszary czasoprzestrzeni, których wnętrza nic nie jest w stanie opuścić, wliczając w to także światło. Powstają w wyniku zapadania (kolapsu) grawitacyjnego, czyli kurczenia się materii gwiezdnej – o dużej masie – za sprawą oddziaływania własnej siły przyciągania.
Na temat czarnych dziur rozważania snuto już w osiemnastym stuleciu. Gdy na początku ubiegłego wieku Albert Einstein ogłosił swą teorię względności, niemiecki uczony Karl Schwarzschild opisał na jej podstawie obiekt silnie zakrzywiający czasoprzestrzeń. Ustalenia te były jednak traktowane jako czysto teoretyczne ciekawostki.
Przełom przyniosły dopiero lata 60. Nie tylko pojawiły się wówczas prace teoretyczne, które uznawały obecność czarnych dziur za naturalną konsekwencję działania teorii Einsteina. Przede wszystkim naukowcy z Uniwersytetu Cambridge odkryli istnienie pulsara, potwierdzając istnienie gwiazd neutronowych, również powstających przez zapadanie grawitacyjne. Odczytano to jako dowód, że mogą istnieć inne tego rodzaju obiekty gwiezdnego pochodzenia. Także pod koniec lat 60. – konkretnie w 1969 roku – termin „czarna dziura” wszedł do obiegu naukowego.
Jakkolwiek w minionych latach astronomowie odnotowali występowanie wielu czarnych dziur, nie mogli zaprezentować konkretnych dowodów. Wnioski wyciągane były na podstawie obserwacji krążących wokół domniemanych obiektów dysków akrecyjncych. Ich materia, utworzona z pochodzącego z sąsiednich gwiazd pyłu i gazu, emituje intensywne promieniowanie świetlne, które można już rejestrować.
Jesienią ubiegłego roku należący do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) instrument GRAVITY odnotował istnienie obłoku gazu, który wiruje wokół supermasywnej czarnej dziury Sagittarius A* w centrum Drogi Mlecznej. Ze względu na wyjątkową bliskość zaobserwowanej materii w stosunku do horyzontu zdarzeń – kosmicznego obszaru granicznego czarnej dziury, poza którym nie można już nic dostrzec – były to pierwsze tak szczegółowe badania tego rodzaju.
Prawdziwy przełom dokonał się jednak właśnie w bieżącym miesiącu, dzięki pracy uczonych związanych z międzynarodowym projektem Event Horizon Telescope (Teleskop Horyzontu Zdarzeń, EHT). Wśród jego celów naukowych jest obserwacja cieni czarnych dziur, zgodnie z założeniami teorii względności powstających w wyniku zakrzywienia grawitacyjnego i przechwytywania światła przez horyzont zdarzeń.
Do programu należy osiem naziemnych radioteleskopów rozlokowanych na całym świecie, a w najbliższych latach mają dołączyć kolejne. Korzystając z synchronizacji instrumentów i wykorzystując rotację Ziemi, tworzą wspólnie wirtualny teleskop wielkości naszego globu. Jak tłumaczą eksperci, dysponuje on precyzją wystarczającą do czytania z Paryża gazety w Nowym Jorku.
10 kwietnia w specjalnym numerze czasopisma naukowego The Astrophysical Journal Letters ukazało się sześć artykułów, ogłaszających wyniki najnowszych badań EHT. Do tego zwołana została konferencja prasowa, prowadzona równocześnie w Brukseli i kilku innych miastach na świecie. Zgodnie z przedstawionymi informacjami, badacze obserwowali najpierw pierścieniopodobną strukturę w centrum galaktyki M87 (Messier 87) w gwiazdozbiorze Panny. W jej wnętrzu znajdował się ciemny obszar. Po porównaniach z modelami teoretycznymi uznano, że jest on właśnie cieniem czarnej dziury.
W ten sposób astronomowie zyskali potwierdzenie, że czarne dziury istnieją nie tylko w teorii, jak zwykli sądzić niektórzy fizycy. Na podstawie obserwacji wyznaczono masę obiektu, wynoszącą 6,5 miliarda mas Słońca, oraz jego odległość od Ziemi, liczącą 55 milionów lat świetlnych. Gwoli ścisłości należy mówić raczej o obrazie niż o fotografii, gdyż, jak tłumaczy Piotr Kosek z kanału Astrofaza, naukowcy nie stosowali zapisu optycznego, a raczej dokonywali obrazowania na podstawie fal radiowych.
Takiego określenia użył także zresztą dyrektor EHT Sheperd S. Doeleman. Podkreślił też, że obecne osiągnięcia nie byłyby możliwe jeszcze generację temu. Obecnie umożliwiają je przełomy w technologii, połączenia między najlepszymi obserwatoriami oraz innowacyjne algorytmy. Wszystko to otwiera nowe spojrzenie na czarne dziury i horyzont zdarzeń.
Wspomnieć warto o udziale w projekcie dwójki Polaków. Wśród naukowców, którzy przedstawiali wyniki w trakcie brukselskiej konferencji, była prof. Monika Mościbrodzka z Radboud University w Nijmegen. Badaczka stoi na czele grupy zajmującej się polaryzacją. Statystyczną weryfikacją danych oraz badaniem czasowej zmienności obserwowanych źródeł kieruje natomiast dr Maciek Wielgus z Black Hole Initiative na Harvard University.
My na razie nie fotografujemy czarnych dziur (na razie), ale możemy się pochwalić całkiem fajnymi księżycowymi zdjęciami z Huawei P30 Pro.
Źródła: ESO, Urania, Astrofaza, Astronarium
Właśnie, a propos wspomnianego pod koniec dra Wielgusa, to zajefajny wywiad ukazał się swego czasu na Kwantowo Swoją drogą EHT dopiero raczkuje. W tym sensie, że metoda użyta do tego rodzaju obserwacji może zostać ulepszona i użyta do jeszcze większych projektów.