Czym właściwie jest czarna dziura?
Pamiętacie fantastyczną wizualizację czarnej dziury w produkcji Chrisa Nolana pt. „Interstellar”? Wyglądała naprawdę epicko. Powstawała rok, a cały ten proces nadzorował nie było kto, bo znany fizyk Kip Thorne. Ta supermasywna, którą odkryli w centrum galaktyki M87, obserwowali i „sfotografowali” badacze w ramach projektu o nazwie Teleskop Horyzontu Zdarzeń (EHT) może na przesłanym obrazie nie jest aż tak spektakularna, jak w filmie, ale i tak robi wrażenie.
Czarna dziura z filmu „Interstellar” (źródło: youtube.com/screenshot)
Czarna dziura to próżnia otaczająca jeden centralny punkt nazywany osobliwością. A osobliwość to pewien defekt czasoprzestrzeni, który wpływa na całą przestrzeń wokoło i zakrzywia ją. Co powoduje przeróżne, dość dziwne konsekwencje. Jedną z nich jest tzw. horyzont zdarzeń (stąd nazwa projektu).
Co ciekawe, to nie Albert Einstein odkrył istnienie czarnych dziur. Zrobił to Niemiec Karl Schwarzschild. Karl był jednocześnie pułkownikiem artyleryjskim i świetnym fizykiem. Natomiast same określenie „czarne dziury” wymyślił Amerykanin John Wheeler.
Wracając jeszcze do horyzontu zdarzeń, to powierzchnia znajdująca się w pewnej skończonej odległości od osobliwości, proporcjonalnej do masy czarnej dziury. Uwaga! Po jej przekroczeniu… zostaniemy wessani i znajdziemy się w boskim wymiarze. Nie, spokojnie. Aż tak to nie. Jest gorzej. Po prostu nie wydostaniemy się na zewnątrz! Światło też nie. No i dlatego przymiotnik czarna, bo dziura ta nie może świecić.
Blisko horyzontu zdarzeń znajduje się z kolei miejsce, w którym czas ulega spowolnieniu! Wyobraźmy sobie dwa zegary. Jeden umieszczony przy horyzoncie, a drugi trzymany przy sobie w dużej odległości. Ten pierwszy będzie mierzył czas o wiele, wiele wolniej.
Mało tego, czas zwalnia także wtedy, gdy zbliżamy się do czarnej dziury. Powiedzmy, że lot w jej okolice potrwałby kilka godzin, ale na Ziemi upłynęłoby wtedy… wiele milionów lat! To tzw. dylatacja czasu – bezpośrednia konsekwencja szczególnej teorii względności.
Projekt Teleskop Horyzontu Zdarzeń
Wyniki obserwacji czarnej dziury (bohaterki niniejszego artykułu) przez 200 naukowców ogłoszono jednocześnie na konferencji prasowej w Brukseli i w kilku innych miastach.
O samym istnieniu czarnych dziur wiemy np. na podstawie obserwacji ruchów innych obiektów w ich pobliżu i przewidywań ogólnej teorii względności, jednak do tej pory nie udało się takiej chociaż jednej czarnej dziury zaobserwować bezpośrednio.
Czarna dziura (fot. Wikimedia.org/Event Horizon Telescope)
Ale wreszcie się udało, dzięki EHT (EVENT HORIZON TELESCOPE), czyli globalnemu projektowi, mającym na celu zaobserwowanie cienia czarnej dziury. EHT łączy radioteleskopy (m.in. ALMA, APEX, IRAM 30-meter Telescope, IRAM NOEMA Observatory, James Clerk Maxwell Telescope (JCMT) oraz Large Millimeter Telescope (LMT)) i sieci radioteleskopów z różnych miejsc (wulkanów na Hawajach i w Meksyku, góry w Arizonie, pustyni Atakama, a nawet Antarktydy). W ten sposób zastosowano metodę tzw. interferometrii wielkobazowej (VLBI) i utworzono wirtualny teleskop o wielkości naszej planety. To z kolei sprawiło, że udało się uzyskać kątową zdolność rozdzielczą 20 mikrosekund łuku. Przez taki teleskop można będąc na Ziemi, poznać szczegóły zmarszczek na czole kosmonauty stojącego na powierzchni Księżyca!
W skład projektu EHT weszło 200 naukowców. Nie tylko z Europy. Ale także z Afryki, Ameryki Południowej, Ameryki Północnej i Azji.
Kilka ważnych danych
Obserwacje były prowadzone na fali o długości 1,3 mm. Uzyskano obraz cienia czarnej dziury oraz wyznaczono jej masę w sposób niezależny od wyznaczeń masy na podstawie dynamiki gwiazd w M87. Wyznaczona masa to... 6,5 miliardów mas Słońca! Odległość do czarnej dziury wynosi 55 milionów lat świetlnych! A sam cień czarnej dziury mierzy nie więcej niż 40 miliardów kilometrów. Horyzont zdarzeń jest od niego około 2,5 razy mniejszy.
Na początku badacze wielokrotnie obserwowali strukturę w kształcie pierścienia w sercu galaktyki M87. Wewnątrz tej struktury znajdował się ciemny obszar. Kiedy się upewnili, że wszystkie elementy występują w kolejnych obserwacjach EHT, zaczęli sprawdzać wyniki obserwacji z przewidywaniami modeli teoretycznych, czyli takich, które m.in. uwzględniają fizykę zakrzywionej przestrzeni. Okazało się, że obserwacje zgadzają się z przewidywaniami teoretycznymi. Ten ciemny obszar w środku to faktycznie cień czarnej dziury!
Możemy być dumni. W projekcie Teleskopu Horyzontu Zdarzeń brało udział dwoje Polaków: prof. Monika Mościbrodzka z Radboud University w Nijmegen w Holandii oraz dr Maciek Wielgus z Black Hole Initiative na Harvard University w USA.
Wyniki badań pojawiły się też w serii sześciu artykułów w specjalnym wydaniu czasopisma pt. „The Astrophysical Journal Letters”.
Źródła: eventhorizontelescope.org, www.natemat.pl, www.urania.edu.pl
źródło: YouTube.com (Standardowa licencja)
źródło: YouTube.com (Standardowa licencja)
Materiał chroniony prawem autorskim - wszelkie prawa zastrzeżone. Dalsze rozpowszechnianie artykułu za zgodą Altao.pl. Kup licencję
