Naukowcy dostrzegli ostry pierścień światła utworzony przez fotony krążące wokół supermasywnej czarnej dziury, co stanowi empiryczne potwierdzenie teoretycznych przewidywań.
Kiedy naukowcy ujawnili historyczny pierwszy obraz czarnej dziury w 2019 roku – przedstawiający ciemne jądro otoczone ognistą aurą materii opadającej w jego kierunku – wierzyli, że jeszcze dokładniejsze obrazy i spostrzeżenia czekają na wydobycie z dostępnych danych. Symulacje przewidywały, że za blaskiem rozproszonej pomarańczowej poświaty powinien kryć się cienki, jasny pierścień światła, utworzony przez fotony wyrzucane wokół tyłu czarnej dziury przez jej intensywną grawitację.
Zespół badaczy kierowany przez astrofizyka Avery’ego Brodericka użył wyrafinowanych algorytmów obrazowania, aby zasadniczo „odświeżyć” oryginalne obrazy supermasywnej czarnej dziury w centrum M87. Aby to osiągnąć, zespół zastosował nowy algorytm obrazowania w ramach struktury analitycznej Teleskopu Horyzontu Zdarzeń (EHT) THEMIS, aby wyizolować i wydobyć wyraźną cechę pierścienia z oryginalnych obserwacji czarnej dziury w M87 – jak również wykryć charakterystyczny ślad potężnego strumienia wystrzeliwanego z czarnej dziury. Odkrycia naukowców zarówno potwierdzają teoretyczne przewidywania, jak i dostarczają nowych sposobów badania tych tajemniczych obiektów, które, jak się uważa, znajdują się w sercach większości galaktyk.
Czarne dziury długo były uważane za niewidzialne, dopóki naukowcy nie wydobyli ich z ukrycia za pomocą sieci teleskopów EHT. Wykorzystując osiem obserwatoriów na czterech kontynentach, wszystkie skierowane w to samo miejsce na niebie i połączone ze sobą nanosekundowym timingiem, badacze posługujący się EHT zaobserwowali dwie czarne dziury w 2017 roku.
Dzięki współpracy w ramach EHT najpierw ujawniono w 2019 roku supermasywną czarną dziurę w M87, a następnie w 2022 roku stosunkowo małą, ale burzliwą czarną dziurę w sercu naszej Drogi Mlecznej, zwaną Sagittarius A* (lub Sgr A*). Supermasywne czarne dziury zajmują centra większości galaktyk, komasując niewiarygodne ilości masy i energii na niewielkiej przestrzeni. Na przykład czarna dziura M87 jest dwa biliardy razy masywniejsza od Ziemi.
Obraz M87, który naukowcy pokazali w 2019 roku, był przełomowy, ale badacze czuli, że mogą go wyostrzyć i uzyskać nowe spojrzenie, pracując mądrzej, a nie ciężej. Zastosowali nowe techniki oprogramowania, aby zrekonstruować oryginalne dane z 2017 roku w poszukiwaniu zjawisk, które według teorii i modeli czaiły się pod powierzchnią. Nowy obraz przedstawia pierścień fotonowy, składający się z serii coraz ostrzejszych podpierścieni, które zespół następnie ułożył w stos, aby uzyskać pełen obraz.
Odkrycia naukowców zostały opublikowane 16 sierpnia 2022 roku w „The Astrophysical Journal”.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej informacji:
Źródło: Uniwersytet Waterloo
Na ilustracji: Wizja artystyczna strumienia z supermasywnej czarnej dziury. Źródło: Waterloo