Astrofizyk: dzięki obrazowi czarnej dziury zdobywamy specjalistyczną wiedzę

Naukowcy zaprezentowali pierwszy obraz supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej galaktyki. O odkryciu poinformowało Europejskie Obserwatorium Południowe oraz uczestnicy projektu Teleskop Horyzontu Zdarzeń. Zaprezentowane w czwartek zdjęcie jest pierwszym bezpośrednim potwierdzeniem istnienia czarnej dziury o nazwie Sagittarius A* (w skrócie Sgr A*) w centrum Drogi Mlecznej.

„Zobaczenie po raz pierwszy centrum naszej galaktyki ma wręcz filozoficzne znaczenie” – podkreślił w rozmowie z PAP jeden z uczestników prac, dr Maciej Wielgus z Max Planck Institute for Radioastronomy w Bonn (Niemcy). Dr Wielgus brał udział w przetwarzaniu danych i jest pierwszym autorem jednej z publikacji poświęconych odkryciu, opublikowanych na łamach „The Astrophysical Journal Letters”.

Pierwsze w historii zdjęcie ukazujące cień czarnej dziury (obiektu w centrum galaktyki M87) zaprezentowano już trzy lata temu. „Ciekawie było zobaczyć 'jakąś’ czarną dziurę po raz pierwszy w historii. M87 jest od nas odległa o 55 mln lat świetlnych, ale w skali wszechświata to nasz bliski sąsiad. Teraz widzimy po raz pierwszy najgłębsze centrum naszej własnej galaktyki, wokół którego wszyscy obracamy się z prędkością jednego obrotu na 250 milionów lat. To jest +nasza+ czarna dziura” – powiedział dr Wielgus.

Podkreślił, że praca ta ma przede wszystkim znaczenie naukowe. „Większość astrofizyków uważa, że Sagittarius A* to najbardziej interesująca czarna dziura we wszechświecie, m.in. dlatego, że wszystko wokół niej dzieje się bardzo szybko. A to sprzyja badaniom dynamiki tego obiektu i jego otoczenia” – zauważył naukowiec.

Jak mówi dr Wielgus, astrofizycy bardzo chcą zrozumieć, co się dzieje w centrum naszej galaktyki. „Dzięki temu obrazowi dowiedzieliśmy się kilku nowych rzeczy – dodał. – Zdobywamy specjalistyczną wiedzę, np. taką, że Sagittarius A* dynamicznie zmienia się w krótkiej skali czasowej. Oznacza to, że w przyszłości możemy studiować dynamikę opadania materii na czarną dziurę”.

Dodał, że obserwowana dzięki „zdjęciu” zmienność czarnej dziury jest nieco mniejsza, niż wynikało z modeli teoretycznych. „W modelach czegoś brakuje, gdyż widać, że prawdziwy obiekt jest trochę mniej zmienny, niż wynika z obliczeń. Nie wiemy czemu. Sądzę, że wielu fizyków – teoretyków usiądzie teraz i spróbuje ustalić, dlaczego nasze najlepsze modele numeryczne przewidują nieco więcej zmienności, niż widzimy w tych obserwacjach” – mówi.

Bezpośrednie obserwowanie Sagittariusa A* dostarcza też nowych informacji nt. materii, która opada w jego kierunku. Obecne tam elektrony są najprawdopodobniej dużo chłodniejsze, niż protony. „Teoretycznie to przewidywano. Nigdy jednak nie mieliśmy potwierdzenia, że istnieją takie astronomiczne przepływy, w których elektrony i protony mają zupełnie inne temperatury. Teraz – mamy” – podsumował naukowiec.

Pokazany w czwartek obraz czarnej dziury określano m.in. jako „zdjęcie”, ale z tradycyjną fotografią nie ma to nic wspólnego. „W przypadku czarnej dziury mamy inną metodę rekonstrukcji obrazu, niż np. w aparacie fotograficznym” – powiedział ekspert.

Wyjaśniając, jak powstaje takie „zdjęcie” – zauważył on, że każdy obraz składa się z pewnych komponentów i kiedy robimy zwykłą fotografię, „to widzimy je wszystkie”. Takie właśnie tradycyjne zdjęcie czarnej dziury można by zrobić tylko i wyłącznie, dysponując radioteleskopem z czaszą o średnicy Ziemi. „Takiego nikt nam jednak nie zafunduje” – zażartował.

Astronomowie wykorzystali inną metodę obserwacji: zaprzęgli do pracy osiem radioteleskopów, rozrzuconych w różnych miejscach świata. Radioteleskopy łączyli w pary w różnych konfiguracjach. Później, za pomocą tych par, obserwowali odległy obiekt w kosmosie. „Przy pomocy par radioteleskopów mierzymy jeden komponent obrazu. Mając osiem różnych teleskopów, możemy stworzyć 28 par, co pozwala zmierzyć 28 komponentów danego obrazu. To już coś” – podkreślił współautor badań.

Takim obserwacjom sprzyjają obroty Ziemi, które zmieniają geometrię trójkątów, złożonych z dwóch teleskopów i obserwowanego obszaru. „Ziemia się kręci, więc przez kilka godzin możemy zmierzyć wiele komponentów obrazu. Następnie dokonujemy numerycznej rekonstrukcji obrazu – przy pomocy obliczeń możemy uzupełnić brakujące w obrazie dane – komentuje dr Wielgus. – Nad tymi danymi – ich redukcją, kalibracją i zrozumieniem, co z tego wynika – siedzieliśmy pięć lat. Co za ulga, że w końcu mamy efekt!”.