Sfotografować niewidzialne

Ta fotografia obiegła świat szybciej niż zdjęcia celebrytów i najważniejszych polityków. Na tę fotografię czekało więcej osób niż na zdjęcie potomka najbardziej znanej rodziny królewskiej. Przed Państwem zdjęcie czarnej dziury.

Żeby być ścisłym: nie tyle czarnej dziury, ile obszaru wokół niej. Czarne dziury są obiektami niewidocznymi. Nie dlatego, że nasza technologia jest wciąż niedoskonała. One są niewidoczne ze swojej natury. Nie odbijają żadnego światła (promieniowania), nie produkują własnego. Wszystko, co na nie padnie, począwszy od materii, a skończywszy na promieniowaniu, jest przez nie natychmiastowo i bezpowrotnie pochłaniane. Takich obiektów nie da się zobrazować. Nie da się „naocznie” stwierdzić, czy są kulami (raczej tak), czy sześcianami (prawie na pewno nie). Czy ich powierzchnia jest idealnie płaska jak lustro (tak nam się wydaje), czy raczej pofałdowana jak masyw Himalajów (to dość mało prawdopodobne). W końcu, czy jest tam rzeczywiście czarno. Tego nie dowiemy się nigdy. Dlaczego? Bo czarne dziury – jak sama nazwa wskazuje – są dla nas niewidoczne.

Jak ją zobaczyć?

Nie znaczy to jednak, że nic o nich nie wiemy. Powietrza też nie widać, a jednak dmuchając w rurkę, możemy zrobić z niego pęcherzyki, które widzimy pod wodą. I choć powietrze dalej jest w nich niewidoczne, to jednak widzimy granicę pomiędzy gazem a cieczą. Widzimy, gdzie te bańki są, jakiej wielkości są i jaki mają kształt.

Podobnie jest z czarną dziurą. Samego obiektu nie widzimy i nigdy nie zobaczymy, ale jego otoczenie – i to dalsze, i to bliższe – już tak. Badając to otoczenie, jesteśmy w stanie niemało powiedzieć o wielkości i o masie czarnej dziury. A z modeli i teorii możemy stwierdzić, jak obserwowana czarna dziura powstała. Choć obszary, gdzie znajdują się takie obiekty, obserwujemy od dawna, teraz po raz pierwszy udało nam się z taką dokładnością zrobić zdjęcie jej zbliżenia. Duża czarna dziura, ważąca kilka milionów razy więcej od Słońca, znajduje się np. w centrum naszej galaktyki – Drogi Mlecznej. W pewnym sensie jest silnikiem, który napędza całą galaktykę. Rozpędza materię do prędkości nawet 30 proc. prędkości światła i rozgrzewa do setek milionów stopni. Tak rozpędzona i rozgrzana materia zaczyna emitować promieniowanie, które rejestrujemy. Możemy więc powiedzieć, że to, co obserwujemy, to materia, która za chwilę stanie się czarną dziurą, że to materia, która jest jak woda przed progiem wodospadu. Gdy przekroczy próg, już nie będzie odwrotu. To, co jest czarną dziurą, to środek tego obwarzanka. Tutaj znowu warto wyobrazić sobie wodospad. Jeżeli czarna dziura to zbiornik u dołu, a światło, które widzimy, to woda płynąca u góry, wysokość progu to „obszar bez powrotu”. Woda do niego wpada, ale choć jeszcze nie osiągnęła dolnego poziomu, już nie może zawrócić. Wszystko jest już przesądzone. Zanim przekroczy próg, można się jeszcze pokusić o jej zawrócenie. Ale gdy próg wodospadu zostanie przekroczony, nic nie da się już zrobić. Jeżeli mówimy o wodospadzie i wodzie, tę granicę, po której wszystko jest już przesądzone, stanowi próg wodospadu. W przypadku czarnej dziury ta granica została nazwana horyzontem zdarzeń.

Wiemy, że istnieją

Taką też nazwę – Teleskop Horyzontu Zdarzeń (EHT) – ma teleskop, który zrobił zdjęcie obszaru, tego progu wodospadu, czarnej dziury znajdującej się w centrum galaktyki M87 (inna nazwa tej galaktyki to Panna A). Galaktyka znajduje się 55 mln lat świetlnych od nas, a jej centralna czarna dziura jest prawdziwym potworem, bo waży 6,5 miliarda razy więcej niż nasze Słońce.

W sumie Teleskop Horyzontu Zdarzeń to nie jedno urządzenie, ale aż osiem radioteleskopów rozmieszczonych na czterech kontynentach. Zdjęcie, które kilka dni temu obiegło świat, powstało dzięki ich skoordynowanej pracy. – Dajemy ludzkości pierwszy obraz czarnej dziury, bramy bez powrotu do naszego Wszechświata. To przełom w astronomii, bezprecedensowy wyczyn naukowy dokonany przez zespół ponad 200 naukowców – powiedział szef naukowy projektu Sheperd Doeleman z Obserwatorium Haystack w Massachusetts Institute of Technology.

Co w tym zdjęciu jest takiego niesamowitego? W największym skrócie to, że udało się je zrobić. Czarne dziury są bardzo małymi (jak na swoją ogromną masę) obiektami. A to dlatego, że mają niemal nieskończoną gęstość. Gdyby Ziemia miała zostać czarną dziurą, gdyby miała zostać ściśnięta do gęstości czarnej dziury, jej wielkość wynosiłaby zaledwie kilka centymetrów. Małe obiekty, w dużych odległościach, na dodatek takie, które nie emitują żadnego promieniowania, bardzo trudno obserwować. To, że tym razem udało się tego dokonać, jest ogromnym naukowym osiągnięciem. Z samego obrazu nie wyciągniemy wiele więcej niż to, co już wiemy o czarnej dziurze, ale opracowana metoda obserwacji jest kosmicznie skuteczna i zostanie wykorzystana do obserwacji innych obiektów.

Jest jeszcze coś. Tego, że czarne dziury istnieją, domyślano się od wielu lat. Tak stanowiła teoria. Praktyka, a konkretnie obserwacja, mówiła, że np. w centrach galaktyk znajdują się obiekty o ogromnej gęstości i masie, które zasysają materię ze swojego otoczenia. Ale czy te obiekty i czarne dziury to to samo? Dzisiaj wiemy, że tak, mamy na to konkretny dowód. Zdjęcie. Na dodatek zdjęcie, które potwierdza to, jak czarne dziury sobie wyobrażamy. Czarny środek i jasna otoczka. To rozpędzona i rozgrzana materia, która tworzy dysk i w tym dysku wiruje. Materia nie „spada” na powierzchnię czarnej dziury ze wszystkich stron. Tworzy coś w rodzaju wiru, tworzy dysk (dysk akrecyjny) i to w nim dochodzi do tego ekstremalnego przyspieszenia. Zatrzymując oko na zdjęciu nieco dłużej, z łatwością można zauważyć, że u dołu ten dysk jest jaśniejszy niż u góry. Czyżby tej materii było tam więcej? Nie! Tutaj mamy do czynienia z odpowiednikiem efektu Dopplera. Ten efekt każdy z nas nieraz słyszał. Gdy samochód albo pociąg na sygnale porusza się ze stosunkowo dużą prędkością, zmienia się częstotliwość docierających do nas dźwięków. Inny dźwięk słyszymy, gdy obiekt się do nas zbliża, a inny – gdy się oddala. Podobnie jest, kiedy obserwujemy jakieś obiekty w kosmosie. Z tym że teraz mamy do czynienia ze zmianą częstotliwości światła. Dzięki temu efektowi jesteśmy w stanie bardzo precyzyjnie określić nie tylko to, w którą stronę – od nas czy do nas – porusza się jakiś obiekt (np. daleka galaktyka), ale nawet to, z jaką prędkością się porusza. Jasny obszar u dołu zdjęcia to materia, która wirując, porusza się w stronę obserwatora, a ten ciemniejszy – materia poruszająca się w stronę przeciwną.

Czy ona tam jest?

Zdjęcie, którym zachwyca się wielu, zostało wykonane w zakresie mikrofal. Nasze oko nie odbiera tej długości fali, a do ich rejestracji potrzebne są radioteleskopy. Jedna antena jednego obserwatorium byłaby jednak bez szans. Obiekt, który sfotografowano, jest za daleko (55 mln lat świetlnych) i jest niewielki. Na dodatek nie emituje swojego światła. Grupa badaczy postanowiła więc zaprząc do pracy nie jeden, ale kilka teleskopów na całej planecie (na Hawajach, w USA, Hiszpanii, Meksyku, Chile, we Francji i na biegunie południowym). Dzięki tej współpracy, dzięki synchronizacji anten, udało się uzyskać zaprezentowany obraz. Ta metoda nazywa się interferometrią wielkobazową. Zdjęcie, a w zasadzie pomiary, zostało wykonane w kwietniu 2017 roku, ale z powodu ogromnej ilości danych informacje trzeba było do jednego z centrów naukowych przywieźć na twardych dyskach. Tak, tak, w czasach, w których cała planeta jest opleciona siecią internetową, danych z teleskopów było za dużo, by dało się je przesłać nawet najszybszymi łączami. Przez kolejne dwa lata zarejestrowany sygnał był analizowany i nakładany. No i mamy pierwsze tak dokładne zdjęcie bezpośredniego sąsiedztwa czarnej dziury. A dokładniej, mamy zdjęcie sprzed 55 mln lat (bo o 55 mln lat świetlnych oddalony jest obiekt, który fotografowano). W zasadzie widzimy więc czarną dziurę z czasów, kiedy u nas, na Ziemi, kończył się paleocen. Czyli z czasów, kiedy Tatry były zalane morzem. To kilka milionów lat po tym, gdy wyginęły dinozaury. Czy to możliwe, że w tym momencie tej czarnej dziury już nie ma? To dość mało prawdopodobne, ale całkowitą pewność będziemy mieli… za 55 milionów lat.

Zespół Teleskopu Horyzontu Zdarzeń liczył 200 naukowców. Wśród nich było dwoje Polaków: prof. Monika Mościbrodzka z Radboud University w Nijmegen (Holandia) oraz dr Maciej Wielgus z Black Hole Initiative na Harvardzie (USA).•

«« | « | 1 | » | »»

aktualna ocena |   |
głosujących |   |
Pobieranie.. Ocena | bardzo słabe | słabe | średnie | dobre | super |

  • Czloax
    21.05.2019 23:12
    Ciekawe czy istnieją czarne dziury w postaci osobliwości. Tzn o nieskończonej gęstości w wyniku zapadnięcia się wszystkich poziomów cząstek elementarnych tzn znikają odległości między jądrem atomu a chmurą elektronową, w samym jądrze atomu odległości między protonami/neutronami, w samych protonach/neutronach odległości między kwarkami i (tego jeszcze nie wiadomo czy kwarki są z czegoś złożone) tak dalej. Taka czarna dziura miałaby "średnicę" równą dokładnie zero a masę mogłaby mieć dowolną (jeśli w ogóle coś takiego jak masa tam by jeszcze było). Żaden teleskop by jej nie zobaczył nawet na tle tego jej dysku rozgrzanej materii, którą przyciąga by za chwilę ją wchłonąć. Te ich (naukowców) bajania o ciemnej materii, ktorej nie mogą wykryć a wychodzi im, że oddziałuje grawitacyjnie z gwiazdami, może da się wyjaśnić takimi właśnie osobliwościami w ogromnej liczbie ale o małej masie. Detektory ich nie wykrywają bo nie promieniują, nie widać ich bo są zerowe a ich oddziaływanie grawitacyjne nie jest tu wykrywalne bo otaczają nas zewsząd i suma oddziaływań się znosi.
  • Tomko
    03.06.2019 07:46
    Takie teksty sprawiają, że ciągle sięgam po prasę. Wielkie dziękuję panu Tomaszowi.
Dodaj komentarz
Gość
    Nick (wymagany lub )

    Ze względów bezpieczeństwa, kiedy korzystasz z możliwości napisania komentarza lub dodania intencji, w logach systemowych zapisuje się Twoje IP. Mają do niego dostęp wyłącznie uprawnieni administratorzy systemu. Administratorem Twoich danych jest Instytut Gość Media, z siedzibą w Katowicach 40-042, ul. Wita Stwosza 11. Szanujemy Twoje dane i chronimy je. Szczegółowe informacje na ten temat oraz i prawa, jakie Ci przysługują, opisaliśmy w Polityce prywatności.