Nie, tego zdjęcia czarnej dziury jeszcze nie było. Sgr A* to nie M87*
W licznych komentarzach po wczorajszej konferencji, na której przedstawiono zdjęcie supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej, co i rusz przewijało się zdanie "to zdjęcie to lata już po sieci od kilku lat, nic nowego". Faktycznie, na pierwszy rzut oka można pomylić zdjęcie czarnej dziury w naszej galaktyce ze zdjęciem czarnej dziury w galaktyce M87 opublikowany w 2019 roku.
Wbrew pozorom jednak patrząc na te dwa podobne do siebie zdjęcia (poniżej), widzimy dwa drastycznie inne obiekty, które stawiały przed naukowcami zupełnie inne wyzwania i możliwości.
Zdjęcie po lewej stronie przedstawia otoczenie supermasywnej czarnej dziury znajdującej się w centrum galaktyki Virgo A znanej także pod oznaczeniem M87. Zdjęcie po prawej stronie to otoczenie supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej galaktyki Drogi Mlecznej.
Na pierwszy rzut oka obie czarne dziury wyglądają bardzo podobnie. Zwróćmy jednak uwagę, że M87* znajduje się 55 milionów lat świetlnych od nas, a Sgr A* zaledwie 25 800 lat od nas, czyli niemal dwa tysiące razy bliżej.
Jakim cudem zatem na obu zdjęciach widzimy ten sam poziom szczegółowości? Przede wszystkim, czarna dziura w centrum galaktyki M87 jest dalej, ale jednocześnie jest wielokrotnie większa od tej, która znajduje się w naszej galaktyce.
Sagittarius A* (Sgr A*), czyli „nasza” czarna dziura ma masę 4 miliony razy większą od masy Słońca. Promień jej horyzontu zdarzeń wynosi 6 mln km. M87* z kolei to czarna dziura o zawrotnej masie 6,5 miliarda mas Słońca. Promień jej horyzontu zdarzeń to z kolei 19 miliardów kilometrów.
Sgr A* vs nie M87*. Porównanie supermasywnych czarnych dziur
Jeszcze raz, aby bardziej było widać różnicę między obiema czarnymi dziurami:
Sgr A* 4 000 000 mas Słońca 6 000 000 km
M87* 6 500 000 000 mas Słońca 19 000 000 000 km
Z tego też powodu mimo znacznie większej odległości wciąż jesteśmy w stanie dostrzec otoczenie czarnej dziury w M87. To dokładnie tak samo jak z rozmiarami Księżyca i Słońca. Słońce ma 1,3 mln km średnicy, Księżyc zaledwie 3475 km średnicy. Mimo to ze względu na to, że Słońce znajduje się 450 razy dalej niż Księżyc, podczas zaćmienia Słońca zajmują one na niebie dokładnie taką samą powierzchnię.
Czarna dziura M87* stanowi środek tzw. aktywnego jądra galaktycznego. To znaczy, że otoczona jest ona przez potężnych rozmiarów dysk pyłowo-gazowy, który stopniowo pożerany jest przez czarną dziurę. Tarcie między cząsteczkami tego pyłu i gazu poruszającego się z ogromną prędkością wokół czarnej dziury sprawia, że owa materia niezwykle jasno świeci, co też widać na zdjęciu obok.
Obserwując obie czarne dziury, naukowcy musieli się nastawić na zupełnie inne elementy. W przypadku czarnej dziury M87* materia okrążająca ją po ostatniej stabilnej orbicie kołowej potrzebuje kilku dni na pełne okrążenie czarnej dziury. Naukowcy obserwujący ją za pomocą Teleskopu Horyzontu Zdarzeń mogli obserwować ten obiekt zaledwie przez kilka godzin naraz (potem wskutek rotacji Ziemi wokół własnej osi czarna dziura znikała z pola widzenia). Dlatego też ruch materii wokół czarnej dziury był ciężki do obserwowania.
Znacznie mniejsza czarna dziura w naszej galaktyce nie stanowiła już takiego problemu. Wszystko, co porusza się po ostatniej kołowej orbicie wokół czarnej dziury, okrąża ją w ciągu 4 minut i 30 sekund. W efekcie, podczas kilkugodzinnych obserwacji naukowcy na żywo mogli obserwować, jak materia wielokrotnie okrąża czarną dziurę. Dane tego typu są szczególnie interesujące dla badaczy, którzy badają dynamikę gazu i pyłu w środowisku ekstremalnej grawitacji i przy dużych prędkościach.
Jak widać, oba obiekty, choć na zdjęciach podobne do siebie, przedstawiają zupełnie różne obiekty, z których każdy stawia przed badaczami inne wyzwania, ale też dostarcza innych możliwości.
