Zdjęcie zaprezentowano podczas sześciu konferencji prasowych, które odbyły się równocześnie w Brukseli, Santiago, Szanghaju, Tokio, Tajpej i Waszyngtonie. Przedstawia ono czarną dziurę znajdującą się w centrum galaktyki Messier 87, 55 mln lat świetlnych od Ziemi, o masie 6,5 mld razy większej od masy Słońca.

Czarne dziury to obiekty, których istnienie przewidywane jest przez ogólną teorię względności Alberta Einsteina, chociaż możliwość występowania takich tworów rozważano już wcześniej. Czarna dziura to obiekt o dużej masie, ale małym rozmiarze, który ma tak silną grawitację, że nie jest z niego w stanie uciec nawet światło. Granicą czarnej dziury jest tzw. horyzont zdarzeń, od którego nazwę wziął projekt badawczy.

Zdjęcie zostało wykonane za pomocą teleskopu astronomicznego o nazwie Event Horizon Telescope (ang. Teleskop Horyzontu Zdarzeń), sfinansowanego m.in. ze środków od Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych. Jest to tzw. teleskop wirtualny - oznacza to, że składa on się z wielu teleskopów, które są rozproszone po całym globie. W 2017 r., kiedy wykonano obserwacje, miał on osiem elementów, położonych w Europie, Ameryce Południowej, Ameryce Środkowej, Ameryce Północnej, na Hawajach i na biegunie południowym.

"Technika obserwacji, którą zastosowaliśmy, polega na tym, że wszystkie te teleskopy w tym samym momencie kierują się w stronę określonego obiektu i zbierają informacje" - powiedziała w rozmowie z PAP dr Monika Mościbrodzka z Radboud University w Nijmegen (Holandia), członkini zespołu badawczego Event Horizon Telescope. Razem tworzą one wirtualny teleskop o rozmiarze Ziemi. "Dzięki temu możemy osiągnąć bezprecedensową rozdzielczość. Event Horizon Telescope ma moc obserwacyjną, którą osoba stojąca w Paryżu mogłaby użyć, aby odczytać tekst gazety znajdującej się w Nowym Jorku" - dodaje.

W ramach projektu Event Horizon Telescope przeprowadzono obserwacje dwóch czarnych dziur. Pierwsza z nich znajduje się w samym centrum naszej galaktyki - Drogi Mlecznej; ta druga - w centrum oddalonej od nas o 53 milionów lat świetlnych galaktyki Messier 87. Obydwie zostały wybrane z prostego powodu: są one już dość dobrze poznane. "Dzięki temu jesteśmy pewni, że rozdzielczość naszego teleskopu jest wystarczająca, aby uchwycić je na zdjęciach" - mówi dr Mościbrodzka.

Jak tłumaczy, czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej jest obiektem obserwacji już od lat 70. ubiegłego stulecia. Dzięki temu astronomowie wiedzą już o niej dość dużo - znają m.in. jej masę i dokładną odległość od Ziemi.

Podobnie jest w przypadku czarnej dziury z galaktyki Messier 87. Choć ten konkretny obiekt leży o wiele dalej od Ziemi, to jest on bardzo ciekawy dla badaczy - ma on bowiem tysiąckrotnie większą masę niż czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej.

"Supermasywne czarne dziury są rozsiane po całym Wszechświecie" - mówi dr Mościbrodzka. "W tym momencie mamy bardzo dużo dowodów na to, że znajdują się one w centrum każdej galaktyki. Problem polega na tym, że często są one po prostu za daleko, żeby można było je uchwycić naszym teleskopem. Tymczasem te czarne dziury, które wybraliśmy, są dość jasne, znajdują się relatywnie blisko i mają wystarczająco duże rozmiary" - dodaje.

Inicjatywa sfotografowania czarnej dziury nie jest zupełnie nowym pomysłem. Pierwsze tego typu eksperymenty przeprowadzano jeszcze w poprzedniej dekadzie. Technologia nie była jednak wówczas dobrze rozwinięta; za mała była również sieć teleskopów. Dopiero teraz dokonał się postęp technologiczny pozwalający zrobić zdjęcie obiektu takiego jak czarna dziura.

Jak wyjaśnia dr Mościbrodzka, obserwacje astronomiczne przeprowadza się na różnych długościach fal elektromagnetycznych. Oznacza to, że teleskopy astronomiczne mogą rejestrować nie tylko obraz widoczny dla ludzkiego oka (światło widzialne), ale też w falach radiowych, podczerwonych czy rentgenowskich. "Event Horizon Telescope obserwuje na falach milimetrowych (fale o długościach między radiowymi a podczerwonymi), co jest innowacyjne" - mówi.

Naukowcy mają nadzieję, że możliwość fotografowania czarnych dziur i ich bezpośredniego otoczenia dostarczy im nowych informacji na temat grawitacji - najmniej zrozumianej spośród czterech tzw. fundamentalnych sił działających we Wszechświecie. "Czarne dziury to obiekty, które mają najsilniejsze możliwe pole grawitacyjne. Każda nowa metoda ich obserwacji daje nam unikalną możliwość zbadania natury grawitacji" - tłumaczy dr Mościbrodzka.

W badaniach uczestniczyła jako członkini trwającego od 2014 r. projektu BlackHoleCam, w ramach którego Europejska Rada ds. Badań Naukowych (ERC) przeznaczyła 14 mln euro na uzyskiwanie obrazu, mierzenie i badanie właściwości czarnych dziur. Event Horizon Telescope otrzymał również wsparcie od ERC w ramach projektu RadioNet, dążącego do integracji infrastruktury do badań w dziedzinie radioastronomii (w ciągu ostatnich 15 lat UE zainwestowała w ten projekt 30,3 mln euro).

Oprócz dr Mościbrodzkiej w badania zaangażowany był jeszcze jeden Polak: dr Maciek Wielgus z Black Hole Initiative na Harvard University w USA.

Jak tłumaczy dr Wielgus, naukowcy mają silne argumenty za tym, że faktyczne dostrzegli cień czarnej dziury, a nie jakiś inny efekt lub obiekt.

"Rozmiar obrazu jest w dobrej zgodności z przewidywaniami ogólnej teorii względności dla czarnej dziury o masie 6,5 miliardów mas Słońca, sugerowanej przez niezależne wyniki oparte na analizie dynamiki gwiazd w galaktyce M87" - tłumaczy naukowiec.

"Osiągnęliśmy coś, co jeszcze jedno pokolenie wstecz wydawało się niemożliwe. Przełomy technologiczne, połączenia pomiędzy najlepszymi obserwatoriami radioastronomicznymi na świecie i innowacyjne algorytmy – wszystko to razem otworzyło drogę do zupełnie nowego okna na czarne dziury i na horyzont zdarzeń" - powiedział Sheperd S. Doeleman z Center for Astrophysics (Harvard & Smithsonian), dyrektor projektu EHT.

Wyniki obserwacji zostały opisane w sześciu artykułach naukowych, które ukazały się w środę w specjalnym wydaniu pisma The Astrophysical Journal Letters. 

PAP - Nauka w Polsce, Katarzyna Florencka

fflo/ cza/ ekr/