Naukowcy całymi latami marzyli o tym, żeby sfotografować to tajemnicze ciało niebieskie. Do niedawna jednak nie dysponowaliśmy potrzebną do tego technologią. To już na szczęście przeszłość. Dzięki synchronizacji radioteleskopów z całego świata wykonaliśmy pierwsze zdjęcie czarnej dziury.
Czarne dziury kryją w sobie wiele tajemnic
Czarna dziura to obszar czasoprzestrzeni o tak dużej grawitacji, że nawet światło nie może go opuścić. Pierwsze teorie na temat istnienia takich obiektów pojawiły się już w XVIII w. Jednak fizyka teoretyczna zainteresowała się nimi „na poważnie” dopiero w latach 60. XX w. Okazało się wtedy, że bez istnienia czarnych dziur teoria względności Einsteina jest nielogiczna.
Do dzisiaj zresztą nie dysponujemy bezpośrednimi dowodami na istnienie czarnych dziur. Na szczęście już wkrótce ta sytuacja ulegnie zmianie.
Do wykonania jednej z najważniejszych fotografii w historii nauki wykorzystano aż 9 radioteleskopów z całego świata. Od Antarktydy, przez Hawaje, Stany Zjednoczone, Chile i Meksyk aż do Hiszpanii. Urządzenia te zostały zsynchronizowane w ramach projektu badawczego o nazwie EHT (Event Horizon Telescope), dzięki czemu naukowcy uzyskali jeden, gigantyczny teleskop wielkości Ziemi.
EHT potrafi podobno wykonać ostre zdjęcie piłeczki golfowej, umieszczonej na Księżycu. Nikt jednak nie będzie wykorzystywał go do tego typu zdjęć. W 2015 r. za pomocą tego „wirtualnego” teleskopu zaobserwowano pola magnetyczne, znajdujące się tuż poza horyzontem zdarzeń Sagittariusa. To właśnie ta ogromna czarna dziura, zlokalizowana w centrum drogi mlecznej, znalazła się na celowniku naukowców.
Jak wykonano zdjęcie czarnej dziury?
Każda czarna dziura posiada tzw. horyzont zdarzeń. W dużym skrócie jest to sfera, po przekroczeniu której (poruszając się w kierunku czarnej dziury) prędkość wymagana do tego, żeby wrócić z czarnej dziury wzrasta powyżej prędkości światła.
Stephen Hawking w swoich wykładach dotyczących czarnych dziur porównuje przekroczenie horyzontu zdarzeń do upadku z wodospadu. Dopóki nie dopłyniemy do krawędzi wodospadu, możemy walczyć z prądem i dopłynąć bezpiecznie do brzegu. Po przekroczeniu krawędzi wodospadu zostaje tylko głęboki oddech.
Skoro wnętrza czarnej dziury nie może opuścić nawet światło, zrobienie jej zdjęcia nie należy do najłatwiejszych zadań. Na skutek zagięcia czasoprzestrzeni, horyzont zdarzeń czarnej dziury otoczony jest pierścieniem fotonów, który „odcina” czarną dziurę, której nie można zobaczyć, od przestrzeni kosmicznej, która nas nie interesuje . Ten „pierścień” nazywa się dyskiem akracyjnym.
I to właśnie jemu przyjrzy się sieć teleskopów EHT. Dzięki połączeniu aż 8 teleskopów z całego świata, naukowcy będą mogli skorzystać z techniki VLBI, czyli interferometrii wielkobazowej.
[caption id="attachment_557627" align="alignnone" width="880"]
To niestety tylko wizualizacja przygotowana przez NASA. Zdjęcie czarnej dziury będzie zapewne mniej spektakularne.[/caption]
Technika ta pozwoli w końcu na uzyskanie dokładnego obrazu z obszaru otaczającego czarną dziurę. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, uzyskany przez EHT obraz będzie na tyle szczegółowy, że naukowcy będą w stanie przyjrzeć się dokładniej dyskowi akracyjnemu. Optymiści sugerują też, że być może na podstawie zdjęcia wykonanego przez EHT dowiemy się, jak powstają dżety. Ale nie odbiegajmy od tematu.
„Wywołanie” zdjęcia czarnej dziury potrwa kilka miesięcy
Ilość danych zebranych przez każdy z 8 teleskopów jest po prostu ogromna. Dlatego nawet samo zgromadzenie ich w jednym miejscu staje się problemem. Tak właściwie to zostaną one zebrane w dwóch miejscach: w Instytucie Maksa Plancka w Niemczech i w Obserwatorium Haystacks, w Stanach Zjednoczonych. Przesyłanie tylu terabajtów przez internet nie ma sensu, dlatego też dane z każdego teleskopu zostaną skopiowane na dyski twarde i przetransportowane „ręcznie” (albo „z buta”, co po angielsku ma oczywiście swoją nazwę: sneakernet) do Stanów Zjednoczonych i do Europy.
Na dane z Antarktyki naukowcy będą musieli poczekać do października – aktualnie trwa tam zima, przez co wstrzymany jest ruch lotniczy. Na szczęście dane z 7 radioteleskopów powinniśmy poznać wcześniej. Astrofizyk Shep Doeleman, który kieruje projektem EHT zakłada, że samo przetwarzanie danych potrwa mniej więcej do końca lata. Pierwsze, wstępne analizy pojawią się zapewne na jesieni tego roku.
Środowiska naukowe do tego czasu wstrzymują oddech. Nadzieje i oczekiwania względem EHT są ogromne, a samo zdjęcie z całą pewnością trafi do podręczników akademickich. Co jednak rzeczywiście uda nam się odkryć? Na odpowiedź będziemy musieli poczekać jeszcze kilka miesięcy.
Pierwsze zdjęcie czarnej dziury przejdzie do historii. O ile wyszło...