Astronomowie ujawniają pierwszy obraz czarnej dziury w sercu naszej galaktyki

 Dziś, podczas konferencji prasowych odbywających się jednocześnie na całym świecie, w tym w siedzibie Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) w Niemczech, astronomowie ujawnili pierwsze zdjęcie supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej galaktyki Drogi Mlecznej. Wynik ten dostarcza przytłaczających dowodów na to, że obiekt ten rzeczywiście jest czarną dziurą i dostarcza cennych wskazówek na temat działania takich gigantów, które, jak się uważa, znajdują się w centrum większości galaktyk. Obraz został uzyskany przez globalny zespół badawczy o nazwie Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration, przy użyciu obserwacji z ogólnoświatowej sieci radioteleskopów.

Obraz ten jest długo oczekiwanym spojrzeniem na masywny obiekt, który znajduje się w samym centrum naszej galaktyki. Naukowcy już wcześniej widzieli gwiazdy orbitujące wokół czegoś niewidocznego, zwartego i bardzo masywnego w centrum Drogi Mlecznej. To silnie sugerowało, że ten obiekt - znany jako Sagittarius A* (Sgr A*, wymawiane "sadge-ay-star") - jest czarną dziurą, a dzisiejsze zdjęcie dostarcza pierwszych bezpośrednich dowodów na to, że tak właśnie jest.

Chociaż nie możemy zobaczyć samej czarnej dziury, ponieważ jest ona całkowicie ciemna, świecący gaz wokół niej ujawnia charakterystyczne cechy: ciemny region centralny (zwany cieniem) otoczony jasną strukturą przypominającą pierścień. Nowy widok uchwycił światło ugięte przez potężną grawitację czarnej dziury, która jest cztery miliony razy masywniejsza od naszego Słońca.

"Byliśmy zaskoczeni tym, jak dobrze rozmiar pierścienia zgadzał się z przewidywaniami Ogólnej Teorii Względności Einsteina" - powiedział Geoffrey Bower, naukowiec projektu EHT, z Instytutu Astronomii i Astrofizyki Academia Sinica w Tajpej. "Te bezprecedensowe obserwacje znacznie poprawiły nasze zrozumienie tego, co dzieje się w samym centrum naszej galaktyki i oferują nowe spojrzenie na to, jak te gigantyczne czarne dziury oddziałują ze swoim otoczeniem". Wyniki zespołu EHT zostały opublikowane dzisiaj w specjalnym wydaniu czasopisma The Astrophysical Journal Letters.

Ponieważ czarna dziura jest oddalona od Ziemi o około 27 000 lat świetlnych, wydaje się nam mieć na niebie rozmiary zbliżone do pączka na Księżycu. Aby ją sfotografować, zespół naukowców stworzył potężny EHT, który połączył osiem istniejących na naszej planecie obserwatoriów radiowych w jeden wirtualny teleskop "wielkości Ziemi" [1]. EHT obserwował Sgr A* przez wiele nocy w 2017 roku, zbierając dane przez wiele godzin z rzędu, podobnie jak w przypadku długiego czasu naświetlania w aparacie fotograficznym.

Oprócz innych obiektów, sieć obserwatoriów radiowych EHT obejmuje Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) oraz Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) na pustyni Atacama w Chile, których współwłaścicielami i współoperatorami są ESO w imieniu swoich państw członkowskich w Europie. Europa przyczynia się również do obserwacji EHT za pomocą innych obserwatoriów radiowych - 30-metrowego teleskopu IRAM w Hiszpanii oraz, od 2018 r., NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) we Francji - a także za pomocą superkomputera do łączenia danych EHT, którego gospodarzem jest Max Planck Institute for Radio Astronomy w Niemczech. Ponadto Europa wniosła swój wkład w finansowanie projektu konsorcjum EHT poprzez granty Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych oraz Towarzystwa Maxa Plancka w Niemczech.

"Dla ESO to bardzo ekscytujące, że od wielu lat odgrywa tak ważną rolę w odkrywaniu tajemnic czarnych dziur, a w szczególności Sgr A*" - powiedział Dyrektor Generalny ESO Xavier Barcons. "ESO nie tylko przyczyniło się do obserwacji EHT poprzez urządzenia ALMA i APEX, ale także umożliwiło, wraz ze swoimi innymi obserwatoriami w Chile, niektóre z wcześniejszych przełomowych obserwacji centrum Galaktyki." [2]

Osiągnięcie EHT następuje po opublikowaniu w 2019 r. przez współpracę pierwszego obrazu czarnej dziury, zwanej M87*, w centrum bardziej odległej galaktyki Messier 87.

Obie czarne dziury wyglądają zadziwiająco podobnie, mimo że czarna dziura naszej galaktyki jest ponad tysiąc razy mniejsza i mniej masywna niż M87* [3]. "Mamy dwa zupełnie różne typy galaktyk i dwie bardzo różne masy czarnych dziur, ale blisko krawędzi tych czarnych dziur wyglądają one zadziwiająco podobnie" - mówi Sera Markoff, współprzewodnicząca Rady Naukowej EHT i profesor astrofizyki teoretycznej na Uniwersytecie Amsterdamskim w Holandii. "To mówi nam, że ogólna względność rządzi tymi obiektami z bliska, a wszelkie różnice, które widzimy dalej, muszą być spowodowane różnicami w materii otaczającej czarne dziury".

"Teraz możemy badać różnice pomiędzy tymi dwiema supermasywnymi czarnymi dziurami, aby uzyskać nowe cenne wskazówki na temat działania tego ważnego procesu" - powiedział Keiichi Asada z Instytutu Astronomii i Astrofizyki Academia Sinica w Tajpej. "Mamy obrazy dwóch czarnych dziur - jednej na dużym końcu i jednej na małym końcu supermasywnych czarnych dziur we Wszechświecie - więc możemy pójść o wiele dalej w badaniu, jak zachowuje się grawitacja w tych ekstremalnych środowiskach niż kiedykolwiek wcześniej".

Postępy w EHT nie ustają: w dużej kampanii obserwacyjnej w marcu 2022 roku wzięło udział więcej teleskopów niż kiedykolwiek wcześniej. Ciągła rozbudowa sieci EHT i znaczące unowocześnienia technologiczne pozwolą naukowcom w niedalekiej przyszłości udostępnić jeszcze więcej imponujących obrazów, a także filmów o czarnych dziurach.

Uwagi

[1] Poszczególne teleskopy zaangażowane w EHT w kwietniu 2017 roku, kiedy prowadzono obserwacje, to: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), IRAM 30-metrowy Teleskop, James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano (LMT), Submillimeter Array (SMA), UArizona Submillimeter Telescope (SMT), South Pole Telescope (SPT). Od tego czasu EHT dodał do swojej sieci Teleskop Grenlandzki (GLT), NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) oraz 12-metrowy Teleskop UArizona na Kitt Peak.

ALMA jest wspólnym przedsięwzięciem Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO; Europa, reprezentująca państwa członkowskie), amerykańskiej Narodowej Fundacji Nauki (NSF) oraz japońskiego Narodowego Instytutu Nauk Przyrodniczych (NINS), a także Narodowej Rady Badań Naukowych (Kanada), Ministerstwa Nauki i Technologii (MOST; Tajwan), Instytutu Astronomii i Astrofizyki Academia Sinica (ASIAA; Tajwan) oraz Koreańskiego Instytutu Astronomii i Nauk Kosmicznych (KASI; Republika Korei), we współpracy z Republiką Chile. Wspólne Obserwatorium ALMA jest prowadzone przez ESO, Associated Universities, Inc./National Radio Astronomy Observatory (AUI/NRAO) oraz National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). APEX, powstały w wyniku współpracy Instytutu Radioastronomii Maxa Plancka (Niemcy), Obserwatorium Kosmicznego Onsala (Szwecja) i ESO, jest obsługiwany przez ESO. Teleskop 30-metrowy jest obsługiwany przez IRAM (organizacjami partnerskimi IRAM są MPG [Niemcy], CNRS [Francja] i IGN [Hiszpania]). JCMT jest obsługiwany przez East Asian Observatory w imieniu The National Astronomical Observatory of Japan; ASIAA; KASI; National Astronomical Research Institute of Thailand; Center for Astronomical Mega-Science oraz organizacji z Wielkiej Brytanii i Kanady. LMT jest obsługiwany przez INAOE i UMass, SMA jest obsługiwany przez Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian i ASIAA, a UArizona SMT jest obsługiwany przez Uniwersytet Arizony. SPT jest obsługiwany przez Uniwersytet w Chicago, a specjalistyczne oprzyrządowanie EHT dostarcza Uniwersytet w Arizonie.

Teleskop Grenlandzki (GLT) jest obsługiwany przez ASIAA i Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO). GLT jest częścią projektu ALMA-Taiwan i jest częściowo wspierany przez Academia Sinica (AS) i MOST. NOEMA jest obsługiwana przez IRAM, a 12-metrowy teleskop UArizona na Kitt Peak jest obsługiwany przez Uniwersytet Arizony.

[2] Mocnych podstaw do interpretacji tego nowego obrazu dostarczyły wcześniejsze badania przeprowadzone na Sgr A*. Astronomowie znają jasne, gęste źródło radiowe w centrum Drogi Mlecznej w kierunku gwiazdozbioru Strzelca od lat 70. ubiegłego wieku. Mierząc przez 30 lat orbity kilku gwiazd znajdujących się bardzo blisko naszego centrum galaktycznego, zespoły kierowane przez Reinharda Genzela (dyrektor Instytutu Fizyki Pozaziemskiej Maxa Plancka w Garching koło Monachium, Niemcy) i Andreę M. Ghez (profesor na Wydziale Fizyki i Astronomii Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles, USA) doszły do wniosku, że najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem dla obiektu o takiej masie i gęstości jest supermasywna czarna dziura. Do przeprowadzenia tych badań wykorzystano urządzenia ESO (w tym Bardzo Duży Teleskop i Interferometr Bardzo Dużego Teleskopu) oraz Obserwatorium Kecka, które w 2020 r. otrzymało Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.

[3] Czarne dziury są jedynymi znanymi nam obiektami, w których masa skaluje się wraz z rozmiarem. Czarna dziura tysiąc razy mniejsza od innej jest również tysiąc razy mniej masywna.

Suplement w Astrophysical Journal Letters, "Focus on First Sgr A* Results from the Event Horizon Telescope" https://iopscience.iop.org/journal/2041-8205/page/Focus_on_First_Sgr_A_Results

więcej: businews.pl
itnews24.pl
itlife.pl
ofio.pl
polityka.pl