Uczestnicy projektu Event Horizon Telescope (Event Horizon Telescope), duża sieć Radioteleskopy po raz pierwszy pokazały prawdziwy obraz cienia czarnej dziury - w galaktyce Messier 87 (M87) w konstelacji Panny.
Jednocześnie na całym świecie odbyło się sześć dużych konferencji prasowych, na których astrofizycy relacjonowali wyniki prac międzynarodowego projektu.
Jeden z liderów projektu, Luciano Rezzol, zauważył, że uzyskany obraz potwierdza istnienie horyzontu zdarzeń, czyli dowodzi poprawności ogólnej teorii względności Alberta Einsteina.
Naukowcy połączyli moc ośmiu długofalowych radioteleskopów na całym świecie w jeden duży radioteleskop interferometru, ponieważ sieć radioteleskopów najlepiej nadaje się do takich obserwacji. Radioteleskopy znajdują się m.in. we Francji, Chile, na wyspie Hawaje, biegun południowy. Nazwa Teleskopu Horyzontu Zdarzeń pochodzi od krawędzi czasoprzestrzeni, która otacza czarną dziurę i jest znana jako punkt bez powrotu.
Gdzie szukał teleskop?
Aby zbadać sąsiedztwo supermasywnych czarnych dziur w centrach każdej galaktyki, naukowcy wysłali sieć radioteleskopów do dwóch obiektów - Strzelca A *, kompaktowego i jasnego źródła emisji radiowej znajdującego się w centrum naszej galaktyki Drogi Mlecznej na odległość około 26 tysięcy lat świetlnych od Ziemi i jedna czarna dziura - w centrum galaktyki eliptycznej Messier 87 (M87) w konstelacji Panny, znajduje się w odległości 55 milionów lat świetlnych od Ziemi. Czarna dziura w galaktyce M87 jest około 6,5 miliarda razy cięższa niż Słońce i tysiąc razy cięższa niż Sagittarius A*.
Ciągłe obserwacje trwały przez 10 dni w kwietniu 2017 r. Każdy z teleskopów zebrał 500 TB informacji. Odszyfrowanie i przeanalizowanie uzyskanych danych zajęło naukowcom dwa lata. Badając wyniki obserwacji, naukowcy korzystali z superkomputerów w Obserwatorium Heistack (MIT, USA) i Instytucie Radioastronomii Maxa Plancka w Bonn (Niemcy).
Najsłynniejszym obrazem czarnej dziury w kulturze popularnej był wizerunek Gargantui w filmie Interstellar. Za stworzenie wizualnego obrazu czarnej dziury i jej naukową wiarygodność odpowiadał amerykański astrofizyk Kip Thorne, który otrzymał Nagrodę Nobla za odkrycie fal grawitacyjnych. W filmie obraz jest pełen detali i efektów optycznych.
Uważa się, że czarna dziura to obiekt o tak silnej grawitacji, że nawet światło nie może oddalić się od niej na nieskończoną odległość i żadne ciało nie może uciec z czarnej dziury. Pojęcie takich obiektów wiąże się ze współczesnym poglądem na grawitację, ogólną teorią względności Einsteina i przedstawieniem w niej grawitacji poprzez krzywiznę czasoprzestrzeni.
Co chcieli wiedzieć astrofizycy
Założono, że wspólna praca teleskopów pomoże dostrzec cień czarnej dziury. Pomiary pozwolą na przetestowanie ogólnej teorii względności i uzyskanie kolejnego dowodu na istnienie czarnych dziur. Czarne dziury pozostają hipotetyczne, ale astronomowie nie mają wątpliwości, że istnieją. Uzyskano już dużą liczbę pośrednich dowodów na ich istnienie, począwszy od obserwacji bliskich układów podwójnych po fale grawitacyjne. Pierwszy naukowy obraz czarnej dziury uzyskał francuski astrofizyk Jean-Pierre Luminet w 1979 roku.
Jednak bezpośrednie obserwacje czarnych dziur jeszcze nie istniały – czarne dziury są małe, ale jednocześnie bardzo odległe.
Naukowcy chcieli też dowiedzieć się, dlaczego niektóre czarne dziury są centrami kolosalnych źródeł promieniowania - kwazarów, podczas gdy inne, w tym Strzelec A*, zachowują się spokojnie. Ponadto szczegółowe obserwacje mogą pomóc w testowaniu egzotycznych hipotez, takich jak hipoteza tunelu czasoprzestrzennego.
Czarne dziury to jedyne ciała kosmiczne zdolne do przyciągania światła grawitacyjnie. Są także największymi obiektami we wszechświecie. Prawdopodobnie nie dowiemy się w najbliższym czasie, co dzieje się w pobliżu ich horyzontu zdarzeń (znanego jako „punkt bez powrotu”). To najbardziej tajemnicze miejsca naszego świata, o których mimo dziesięcioleci badań, do tej pory niewiele wiadomo. Ten artykuł zawiera 10 faktów, które można nazwać najbardziej intrygujące.
1 Czarne dziury nie wciągają materii.
Wiele osób uważa czarną dziurę za rodzaj „kosmicznego odkurzacza”, który wciąga otaczającą przestrzeń. W rzeczywistości czarne dziury to zwykłe obiekty kosmiczne o wyjątkowo silnym polu grawitacyjnym.
Gdyby w miejscu Słońca powstała czarna dziura tej samej wielkości, Ziemia nie byłaby przyciągana do wewnątrz, obracałaby się po tej samej orbicie, co dzisiaj. Gwiazdy znajdujące się w pobliżu czarnych dziur tracą część swojej masy w postaci wiatru gwiazdowego (dzieje się tak podczas istnienia dowolnej gwiazdy), a czarne dziury absorbują tylko tę materię.
2 Istnienie czarnych dziur przewidział Karl Schwarzschild
Karl Schwarzschild był pierwszym, który zastosował ogólną teorię względności Einsteina do uzasadnienia istnienia „punktu bez powrotu”. Sam Einstein nie myślał o czarnych dziurach, chociaż jego teoria pozwala przewidzieć ich istnienie.
Schwarzschild przedstawił swoją sugestię w 1915 roku, tuż po tym, jak Einstein opublikował swoją ogólną teorię względności. Wtedy pojawił się termin „promień Schwarzschilda”, wartość, która mówi, jak bardzo trzeba skompresować obiekt, aby stał się czarną dziurą.
Teoretycznie wszystko może stać się czarną dziurą przy wystarczającej kompresji. Im gęstszy obiekt, tym silniejsze pole grawitacyjne, które wytwarza. Na przykład Ziemia stałaby się czarną dziurą, gdyby obiekt wielkości orzeszka ziemnego miał swoją masę.
3 czarne dziury mogą tworzyć nowe wszechświaty
Pomysł, że czarne dziury mogą tworzyć nowe wszechświaty, wydaje się absurdalny (zwłaszcza, że wciąż nie jesteśmy pewni istnienia innych wszechświatów). Niemniej jednak takie teorie są aktywnie rozwijane przez naukowców.
Bardzo uproszczona wersja jednej z tych teorii jest następująca. Nasz świat ma wyjątkowo sprzyjające warunki do powstania w nim życia. Gdyby którakolwiek ze stałych fizycznych zmieniła się choćby nieznacznie, nie byłoby nas na tym świecie. Osobliwość czarnych dziur przesłania zwykłe prawa fizyki i może (przynajmniej teoretycznie) dać początek nowemu wszechświatowi, który byłby inny niż nasz.
4 czarne dziury mogą zamienić ciebie (i wszystko) w spaghetti
Czarne dziury rozciągają obiekty znajdujące się blisko nich. Przedmioty te zaczynają przypominać spaghetti (istnieje nawet specjalne określenie – „spaghettiification”).
Wynika to ze sposobu działania grawitacji. W tej chwili Twoje stopy znajdują się bliżej środka Ziemi niż głowa, więc są silniej ciągnięte. Na powierzchni czarnej dziury różnica grawitacji zaczyna działać przeciwko tobie. Nogi są przyciągane do środka czarnej dziury coraz szybciej, tak że górna połowa tułowia nie może za nimi nadążyć. Wynik: spaghetyfikacja!
5 czarnych dziur z czasem wyparowuje
Czarne dziury nie tylko pochłaniają wiatr gwiazdowy, ale także odparowują. Zjawisko to zostało odkryte w 1974 roku i zostało nazwane promieniowaniem Hawkinga (od nazwiska Stephena Hawkinga, który dokonał odkrycia).
Z biegiem czasu czarna dziura może oddać całą swoją masę w otaczającą przestrzeń wraz z tym promieniowaniem i zniknąć.
6 czarnych dziur spowalnia czas wokół nich
W miarę zbliżania się do horyzontu zdarzeń czas zwalnia. Aby zrozumieć, dlaczego tak się dzieje, należy zwrócić się do „bliźniaczego paradoksu”, eksperymentu myślowego często używanego do zilustrowania podstawowych zasad ogólnej teorii względności Einsteina.
Jeden z braci bliźniaków pozostaje na Ziemi, podczas gdy drugi odlatuje w kosmos, poruszając się z prędkością światła. Wracając na Ziemię, bliźniak odkrywa, że jego brat postarzał się bardziej niż on, ponieważ poruszając się z prędkością bliską prędkości światła, czas płynie wolniej.
Gdy zbliżysz się do horyzontu zdarzeń czarnej dziury, poruszysz się z takimi wysoka prędkość ten czas dla ciebie zwolni.
7 czarnych dziur to najbardziej zaawansowane elektrownie
Czarne dziury generują energię lepiej niż Słońce i inne gwiazdy. Wynika to z toczącej się wokół nich sprawy. Pokonując z dużą prędkością horyzont zdarzeń, materia na orbicie czarnej dziury jest podgrzewana do ekstremalnie wysokich temperatur. Nazywa się to promieniowaniem ciała doskonale czarnego.
Dla porównania, podczas syntezy jądrowej 0,7% materii jest przekształcane w energię. W pobliżu czarnej dziury 10% materii staje się energią!
8 czarnych dziur wypacza przestrzeń wokół nich
Przestrzeń można traktować jako rozciągniętą gumkę z narysowanymi na niej liniami. Jeśli położysz przedmiot na talerzu, zmieni on swój kształt. Czarne dziury działają w ten sam sposób. Ich ekstremalna masa przyciąga do siebie wszystko, łącznie ze światłem (którego promienie, kontynuując analogię, można by nazwać liniami na talerzu).
9 czarnych dziur ogranicza liczbę gwiazd we wszechświecie
Gwiazdy powstają z chmur gazu. Aby rozpoczęło się formowanie gwiazd, chmura musi się ochłodzić.
Promieniowanie z ciał czarnych zapobiega ochładzaniu się chmur gazu i zapobiega powstawaniu gwiazd.
10 Teoretycznie każdy obiekt może stać się czarną dziurą
Jedyną różnicą między naszym Słońcem a czarną dziurą jest siła grawitacji. Jest znacznie silniejszy w centrum czarnej dziury niż w centrum gwiazdy. Gdyby nasze Słońce zostało skompresowane do średnicy około pięciu kilometrów, mogłaby to być czarna dziura.
Teoretycznie wszystko może stać się czarną dziurą. W praktyce wiemy, że czarne dziury powstają dopiero w wyniku kolapsu wielkich gwiazd, przekraczających masę Słońca 20-30 razy.
