Czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej na zdjęciu. To wokół niej kręci się nasza galaktyka
Supermasywna czarna dziura Sagittarius A* została pokazana na zdjęciu. Sgr A* leży w centrum naszej galaktyki, czyli Drogi Mlecznej i pochłania każdą materię, która znajdzie się za horyzontem zdarzeń. Jej zdjęcie uważa się za przełomowe.
Mamy to! Naukowcy pracujący w konsorcjum Teleskopu Horyzontu Zdarzeń pokazali dzisiaj na konferencji prasowej pierwszy w historii obraz otoczenia supermasywnej czarnej dziury Sagittarius A* znajdującej się w samym centrum naszej galaktyki, Drogi Mlecznej. To właśnie ten obiekt wraz z całym Układem Słonecznym i setkami miliardów innych gwiazd okrążamy bezustannie z prędkością 225 km/s. Układowi Słonecznemu jedno okrążenie zajmuje 240 milionów lat.
Od wielu dziesięcioleci naukowcy pracowali nad tym, aby zajrzeć jak najdalej w centrum naszej galaktyki i zobaczyć co się dzieje tuż za horyzontem zdarzeń znajdującego się tam potwora. W bezpośrednim otoczeniu czarnej dziury krążą jednak miliony gwiazd, mnóstwo pyłu i gazu międzygwiezdnego. Potężne prędkości zbliżone do prędkości światła, zakrzywienie czasoprzestrzeni, wyjątkowe efekty grawitacyjne sprawiają, że zaobserwowanie i zrozumienie tego co się tam dzieje jest naprawdę trudne i zarazem ekscytujące.
Zdjęcie czarnej dziury Sagittarius A* pokazano na specjalnej konferencji prasowej
W 2015 roku specjalnie do tego celu powołano do życia konsorcjum Teleskopu Horyzontu Zdarzeń. W jego ramach naukowcy postanowili wykorzystać radioteleskopy rozsiane po całej Ziemi do stworzenia jednego wielkiego interferometru o rozmiarach Ziemi. Instrument ten miał służyć do jednego celu, do zaobserwowania tego, co się dzieje bezpośrednio w otoczeniu dwóch czarnych dziur: bliskiej nam Sagittarius A* oraz odległej o 53 miliony lat świetlnych czarnej dziury w centrum aktywnej galaktyki Virgo A (M87).
Do dostrzeżenia tak niewielkich obiektów na nieboskłonie naukowcy musieli się upewnić, że dane obserwacyjne będą niezwykle precyzyjne. W tym celu do obserwacji wykorzystano tylko te instrumenty, które znajdują się na szczytach pustyni Atacama w Chile, Sierra Nevada w Hiszpanii, na szczytach wulkanów na Hawajach oraz na biegunie południowym. Jednym z instrumentów wykorzystanych w toku obserwacji była także sieć radioteleskopów ALMA składająca się z 64 odbiorników, które pracują jako jeden duży radioteleskop o średnicy 84 metrów. Oprócz ALMA w badaniach brały także teleskopy APEX, IRAM, Teleskop Jamesa Clarka Maxwella, Large Milimeter Telescope, South Pole Telescope, Submilimeter Array oraz Submilimeter Telescope, oraz wiele innych, które dołączyły do konsorcjum w 2017 roku.
Dane zebrane za pomocą wszystkich tych instrumentów były zbierane i łączone ze sobą za pomocą superkomputerów znajdujących się w Niemczech i w USA. W trakcie pierwszej kampanii obserwacyjnej przeprowadzonej w 2017 roku naukowcy postanowili przyjrzeć się kilku konkretnym obiektom. Wśród nich oczywiście znalazły się supermasywna czarna dziura Sgr A* w centrum naszej galaktyki, oddalona od nas o 27 000 lat świetlnych oraz czarna dziura w centrum galaktyki M87 oddalonej od nas o 53 miliony lat świetlnych. Poza nimi jednak naukowcy przyjrzeli się jeszcze galaktyce Centaur A oddalonej od nas o 13 milionów lat świetlnych, galaktyce NGC 1052 odległej o 63 mln lat świetlnych w kierunku gwiazdozbioru Wieloryba, kwazarom OJ 287 oraz 3C 279 odległych odpowiednio o 3,5 oraz 5 mld lat świetlnych.
Pierwszy obraz czarnej dziury w galaktyce M87 został przedstawiony na konferencji prasowej 10 kwietnia 2019 roku. W trakcie konferencji naukowcy przyznali, że na zdjęcie otoczenia supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej galaktyki trzeba jeszcze poczekać. Stworzenie jej obrazu z tego miejsca, w którym się znajdujemy, czyli bezpośrednio z dysku galaktyki jest szczególnie trudne, bowiem między nami a czarną dziurą znajduje się mnóstwo gwiazd, pyłu i gazu, który utrudnia zajrzenie do środka galaktyki.
Tak wygląda supermasywna czarna dziura Sagittarus A* w centrum Drogi Mlecznej. To wokół niej kręci się nasza galaktyka
Co znajduje się w centrum Drogi Mlecznej?
Środek naszej galaktyki znajduje się w kierunku gwiazdozbiorów Skorpiona i Strzelca. W centralnym obszarze o promieniu 3 lat świetlnych gnieździ się tam około 10 milionów gwiazd. Dla porównania w promieniu 3 lat świetlnych od Słońca nie ma ani jednej gwiazdy - najbliższa nam gwiazda, Proxima Centauri, znajduje się 4,26 roku świetlnego od nas.
W centrum tego centralnego obszaru znajduje się kompaktowe źródło promieniowania radiowego skatalogowane jako Sagittarius A*. Odległość między nami a tymże źródłem wynosi około 27 000 lat świetlnych. Badania tego tajemniczego obiektu pozwoliły naukowcom ustalić, że jego masa wynosi ponad 4 miliony mas Słońca. Promień horyzontu zdarzeń tego obiektu wynosi 6 mln kilometrów. Dla porównania Słońce ma średnicę 1,3 mln km i masę... 1 masy Słońca.
Materia poruszająca się w bezpośrednim otoczeniu horyzontu zdarzeń tej czarnej dziury po ostatniej stabilnej orbicie kołowej potrzebuje na pełne okrążenie zaledwie 4 minuty i 30 sekund.
Gwiazdy znajdujące się w bezpośrednim otoczeniu czarnej dziury poruszają się z potężnymi prędkościami. Zespół astrofizyków z Niemiec w 2002 roku opublikował animację przedstawiającą zapis 10 lat ruchu gwiazdy S2 znajdującej się w bezpośrednim otoczeniu czarnej dziury. Na nagraniu zresztą widać jak gwiazda przyspiesza w momencie zbliżenia do niewidocznej na animacji czarnej dziury.
Czy tak naprawdę mamy do czynienia ze zdjęciem czarnej dziury?
Czarne dziury nie emitują absolutnie żadnego światła. To, co wpadnie do czarnej dziury, za horyzont zdarzeń, nigdy z niej nie wypada. Prędkość ucieczki dla obiektów czy promieniowania znajdującego się wewnątrz horyzontu zdarzeń jest wyższa od prędkości światła. Z tego też powodu nic nigdy z wnętrza czarnej dziury do nas nie dotrze. Dlatego też to, czego naukowcy próbują dokonać, to stworzenie obrazu cienia czarnej dziury powstałego przez grawitacyjne zakrzywienie promieniowania zza czarnej dziury w warunkach ekstremalnej grawitacji. Jak widać, wyniki są spektakularne.
