W kwietniu 2019 roku zespół EHT zaprezentował po raz pierwszy obraz czarnej dziury. Teraz ten zespół potwierdził swoje pierwotne odkrycia oraz nasze rozumienie czarnych dziur.
Prawie pięć lat temu zespół astronomów przedstawił światu po raz pierwszy obraz czarnej dziury. Teraz ten zespół potwierdził swoje pierwotne odkrycia oraz nasze rozumienie czarnych dziur, prezentując nowy obraz supermasywnej czarnej dziury M87*. Ta supermasywna czarna dziura, o masie 6,5 miliarda razy większej niż masa naszego Słońca, znajduje się w centrum galaktyki Messier 87 (M87) w Gromadzie galaktyk w Pannie, położonej 55 milionów lat świetlnych od Ziemi.
Nowy obraz, podobnie jak poprzedni, został uchwycony przez Teleskop Horyzontu Zdarzeń (EHT), który składa się z układu radioteleskopów rozmieszczonych na całej planecie. Te nowe dane zostały zebrane rok później, w 2018 roku, i wykorzystano przy tym ulepszenia w układzie teleskopów, zwłaszcza po włączeniu teleskopu na Grenlandii.
Oryginalny obraz M87* wykonany przez EHT był ważny nie tylko dlatego, że był pierwszym zobrazowaniem czarnej dziury w historii dokonanym przez człowieka, ale także dlatego, że obiekt wyglądał zgodnie z oczekiwaniami. W szczególności, obraz ukazywał tak zwany cień czarnej dziury – ciemny obszar w centrum świecącego dysku gorącej materii, który otacza czarną dziurę. Cień czarnej dziury nie jest cieniem w takim samym sensie, jak ten, który rzucasz wychodząc na zewnątrz w słoneczny dzień. Zamiast tego, ciemny obszar jest wytworzony przez ogromne pole grawitacyjne czarnej dziury, które jest tak silne, że światło nie może z niego uciec. Ponieważ żadne światło nie opuszcza czarnej dziury, wydaje się ona ciemna.
Dodatkowo, ta silna grawitacja zakrzywia światło, które przechodzi w pobliżu czarnej dziury bez wpadania do niej, skutecznie działając jak soczewka. Zjawisko to znane jest jako soczewkowanie grawitacyjne i tworzy pierścień światła, który można zobaczyć bez względu na to, pod jakim kątem patrzy się na czarną dziurę. Oba te efekty zostały przewidziane w ogólnej teorii względności Einsteina. Ponieważ obraz M87* pokazuje te efekty, jest to mocny dowód na to, że ogólna teoria względności i nasze rozumienie fizyki czarnych dziur jest prawidłowe.
Obrazowanie obiektu takiego jak M87* za pomocą EHT znacznie różni się od obrazowania planety takiej jak Saturn za pomocą konwencjonalnego teleskopu. Zamiast widzieć światło, EHT obserwuje fale radiowe emitowane przez obiekty i musi obliczeniowo połączyć informacje, aby stworzyć obraz.
Przekształcenie wartości napięć w obraz jest trudne, ponieważ informacje, z którymi pracują naukowcy, są niekompletne i nie ma z czym porównać obrazu, ponieważ nikt nie widział M87* na własne oczy.
Naukowcy testują swoje algorytmy przetwarzania obrazu za pomocą tzw. danych syntetycznych, czyli zestawu symulowanych obrazów o prostych kształtach geometrycznych. Następnie te dane są przepuszczane przez algorytmy w celu wygenerowania obrazu. Jeżeli obraz wyjściowy jest zgodny z obrazem referencyjnym, naukowcy wiedzą, że algorytm działa poprawnie i będzie w stanie dokładnie zobaczyć zaskakujące struktury wokół czarnej dziury.
W wyniku tego procesu uzyskano obraz M87*, który tylko nieznacznie różni się od pierwszego. Najbardziej oczywistą różnicą jest to, że najjaśniejsza część świecącego pierścienia otaczającego M87* przesunęła się o około 30 stopni w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Według EHT ruch ten jest prawdopodobnie wynikiem zaburzonego przepływu materii wokół czarnej dziury. Co ważne, pierścień pozostał tego samego rozmiaru, co również zostało przewidziane przez ogólną teorię względności.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
Źródło: Caltech
Na ilustracji: Obrazy M87* wykonane w 2017 i 2018 roku. Źródło: EHT
