Oto zdjęcie najważniejszej czarnej dziury w naszym życiu

Patrzcie! Podziwiajcie! Oto pierwsze i, jak dotąd, jedyne zdjęcie czarnej dziury znajdującej się w centrum naszej galaktyki – Drogi Mlecznej. Dziś tę wyjątkową fotografię zaprezentowano na 6 jednoczesnych konferencjach prasowych na całym świecie

Zapewne dobrze pamiętacie sensacyjne zdjęcie czarnej dziury z galaktyki M87, jakie zaprezentowano światu 3 lata temu, 10 kwietnia 2019 roku. Już wtedy pojawiły się zapowiedzi, że wkrótce zobaczymy obraz najważniejszej dla nas czarnej dziury – tej, wokół której wszyscy się kręcimy. To „wkrótce” potrwało dłuższą chwilę, ale wreszcie jest.

Sagittarius A* (Sgr A*), bo taką nazwę nosi czarna dziura leżąca w centrum naszej galaktyki, jest znacznie mniejszy niż obiekt zaprezentowany w 2019 roku. O ile dziura z M87 ma masę ok. 6,5 miliarda Słońc, o tyle Sgr A* to „tylko” 4,14 miliona mas Słońca. A ponieważ masa czarnej dziury pozostaje w ścisłym związku z jej średnicą, można to przedstawić nieco bardziej obrazowo.

Gdyby środek dziury z M87 umieścić w miejscu naszego Słońca (nie, niech nikt tego nie robi, don’t try this at home!), jej krawędź sięgałaby trzy razy dalej, niż orbita ex-planety – Plutona. To mniej więcej tam, gdzie obecnie znajduje się najdalszy wystrzelony przez ludzi obiekt – Voyager 1.

Tymczasem Sgr A* w podobnej sytuacji nie byłby nawet w połowie takiej średnicy jak orbita Merkurego.

Tu możecie zobaczyć porównanie zdjęć obu obiektów z naniesionymi rozmiarami orbit:

Na niebie widzianym z Ziemi oba obiekty mają zbliżoną średnicę. To mniej więcej taki rozmiar, jaki miałby donat (z czekoladą!) położony na powierzchni Księżyca. Rzecz w tym, że do centrum Drogi Mlecznej jest 26 tysięcy lat świetlnych, a do centrum galaktyki M87 – 55 milionów lat świetlnych.

Dlaczego z czekoladą? Obejrzyjcie ten krótki film 🙂

Mniejsze rozmiary „naszej” dziury przysporzyły astronomom sporych problemów. Z teorii względności wynika, że wokół każdej czarnej dziury materia wiruje z podobną, zawrotną prędkością zbliżoną do prędkości światła. Obiegnięcie czarnej dziury wielkości tej z M87 zajmuje materii około tygodnia. Obrót wokół Sgr A* to kwestia około 5 minut. I dlatego uzyskanie ostrego, spójnego obrazu tego drugiego obiektu okazało się znacznie trudniejsze. „To trochę tak, jak próba zrobienia wyraźnego zdjęcia szczeniaka szybko goniącego za swoim ogonem” – stwierdził Chi-kwan Chan, naukowiec ze Steward Observatory i Department of Astronomy and the Data Science Institute of the University of Arizona.

A właśnie owa pędząca w kółko materia jest tu kluczowa – przecież samej czarnej dziury nie sfotografujemy, bo… jest czarna. Do tej studni grawitacyjnej można tylko wpaść, nie da się z niej wylecieć. Więc, jeśli znowu spojrzycie na zdjęcie, to czarna dziura jest w środku tego gustownego, pomarańczowego obwarzanka. Sam obwarzanek to nic innego, jak rozgrzana, wirująca i emitująca mnóstwo fal elektromagnetycznych materia.

Tu czas na wspomnienie o technice wykonania zdjęcia. Nie jest to pasmo światła widzialnego, bo centrum Drogi Mlecznej jest od nas oddzielone grubą warstwą pyłu skutecznie filtrującego to, co widzą nasze oczy. Dlatego astronomowie do obserwacji wykorzystują fale radiowe o długości 1,3 mm. By je odebrać uzyskując odpowiednią jakoś obiektu „wielkości donata” potrzeba naprawdę potężnego teleskopu. Na przykład rozmiaru… planety. To możliwe dzięki połączeniu ośmiu radioteleskopów położonych na całej Ziemi w układ nazwany Event Horizon Telescope (EHT) czyli Teleskop Horyzont Zdarzeń. Sam horyzont zdarzeń to określenie granicy, po przekroczeniu której nic nie może już wyrwać się z grawitacji czarnej dziury. EHT zbierał dane o Sgr A* w 2017 roku, a kolejne pięć lat zajęło przetworzenie ich, uśrednienie i uzyskanie obrazu, który widzicie na górze tekstu.

Po co robić takie zdjęcia (oczywiście poza możliwością ustawienia ich jako tapety na komputerze – tu takie znajdziecie)? Chodziło m.in. o możliwość porównania obiektów o tym samym charakterze, ale skrajnie różnych rozmiarach – M87* należy do największych, a Sgr A* do najmniejszych obserwowanych supermasywnych czarnych dziur.

Patrząc na zdjęcie pamiętajcie, że w rzeczywistości to nie fotografia w codziennym tego słowa znaczeniu, a uśredniony z wielu obserwacji obraz, który powstał przez przetworzenie ogromnej ilości danych. To, co zwraca naszą uwagę, czyli efektowny, pomarańczowy donat, to nie sama czarna dziura, a krążąca wokół niej materia. Dziura, a dokładniej horyzont zdarzeń, to ta czarna pustka pośrodku.

Badacze z EHT zapowiadają, że rozbudowa obserwatorium (teraz to już 13 radioteleskopów) pozwoli na uzyskanie dokładniejszych obrazów i zapowiadają, że zobaczymy również film pokazujący aktywność czarnej dziury. No to czekamy!  

Więcej informacji i zdjęć znajdziecie w komunikacie European Southern Observatory (dostępny po polsku)

Nie jesteśmy portalem. To blog tworzony przez dwie osoby – Olę i Piotra (a ten tekst napisałem ja, czyli Piotr). Jeśli mój tekst Ci się spodobał, do czegoś się przydał lub coś wyjaśnił – to świetnie. Wkładamy w nasze materiały dużo pracy starając się, by były rzetelne i jasne. Jeśli chcesz, możesz w zamian podarować nam wirtualną kawę. Do donata z czekoladą 😉 Będzie nam bardzo miło. Dziękujemy 🙂