Tajemnicza osobliwość

13. Zbliżanie się do horyzontu...

Obserwacje dysków akrecyjnych umożliwiają badanie obszaru zbliżonego do domniemanego horyzontu. Obserwacje orbitalne zarejestrowały zmienne w czasie promieniowanie pochodzące z wewnętrznych części tychże dysków. Do oceny, jak blisko centrum powstaje ta emisja, można wykorzystać związek przyczynowy. Promień jest mniejszy od czasu potrzebnego do dwukrotnego zwiększenia jasności pomnożonego przez prędkość światła, ponieważ części bardziej od siebie oddalone nie mogłyby „maszerować krok w krok”. Aby osiągnąć wewnętrzny brzeg dysku akrecyjnego – najbliższą stabilną orbitę wokół czarnej dziury o promieniu Schwarzschilda – musimy potrafić zmierzyć interwały czasowe krótsze od milisekundy.

W celu dostrzeżenia horyzontu czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej astronomowie zaproponowali obserwacje możliwe do wykonania w najbliższej przyszłości. Można opracować mapę radiową radioźródła Sagittarius A przy użyciu technik obrazowania VLBI w zakresie mikrofalowym o zdolności rozdzielczej około 1 mikrosekundy łuku*. Otaczający gaz jest przezroczysty na tak krótkich falach radiowych i umożliwia obserwacje promieniującego gazu aż do horyzontu czarnej dziury Obliczenia wykonane przez Heino Falcke’a, Fulvia Melii i Erica Agolę wykazały że możliwe byłoby dostrzeżenie „cienia” horyzontu czarnej dziury na tle świecącego gazu. Byłaby to naprawdę ciemna plama w środku obrazu radiowego. Przewiduje się, że rozmiary kątowe cienia byłyby pięciokrotnie większe od promienia grawitacyjnego. Byłyby więc znacznie większe od promienia czarnej dziury dzięki silnemu relatywistycznemu zakrzywieniu promieni światła.

Eksperyment ten mógłby zweryfikować różne alternatywy dotyczące ciemnej materii w centrum galaktyki. Na przykład: astronomowie zaproponowali, że taki niewielki obiekt mógłby składać się z fermionów lub bozonów albo zimnej ciemnej materii. W ogólnej teorii względności promienie, a więc cienie takich mas, powinny być większe od promienia grawitacyjnego. Jednak w przypadku ciemnej gwiazdy oczekuje się, że jej cień byłby mniejszy od promienia czarnej dziury o tej samej masie. Wynika to z tego, że promień może być równy 1/4 promienia czarnej dziury (ale nie mniejszy).



_________________

* Dla masy czarnej dziury Mbh=2,6 10^6 M promień grawitacyjny r=2GM/c^2 = 7,8 10^11 cm, co odpowiada 10 promieniom Słońca (około jednej dziesiątej promienia orbity Merkurego). W odległości 8 kiloparseków kątowe rozmiary promienia Schwarzschilda wynoszą (r/d) 206285 = 6 mikrosekund łuku = 6 10^6 sekundy łuku.