Jaka jest najsłynniejsza czarna dziura, jaką znamy? To M87*, znajdująca się w centrum galaktyki Messier 87. Jej zdjęcie obiegło świat w kwietniu 2019 r. Była to pierwsza fotografia czarnej dziury, jaką kiedykolwiek zrobiono.

W istocie dane, dzięki którym powstał tamten słynny obraz ognistego pierścienia, zostały zebrane w 2017 r. Naukowcy wykorzystali do tego Teleskop Horyzontu Zdarzeń (ang. Event Horizon Telescope, EHT). Czyli sieć radioteleskopów, w skład której wchodziło aż osiem obserwatoriów pracujących w różnych miejscach na Ziemi.

Rok później, w 2018 r., z pomocą sieci łączącej tym razem aż kilkanaście ziemskich radioteleskopów, po raz kolejny zebrano dane o supermasywnej czarnej dziurze w centrum galaktyki Messier 87. Na ich podstawie powstała nowa fotografia M87*, którą właśnie opublikowano.

Po raz pierwszy pokazuje ona zarówno czarną dziurę, jak i wystrzeliwany przez nią tzw. dżet, czyli strumień materii. Praca na temat tych przełomowych obserwacji ukazała się wczoraj w prestiżowym czasopiśmie naukowym „Nature”.

Strumień plazmy o niesamowitej długości

Messier 87 jest ogromną galaktyką eliptyczną, składającą się z bilionów gwiazd. Stanowi silne źródło promieniowania radiowego. Z jej centrum wystrzeliwuje gigantyczny dżet. Jest to strumień plazmy, który ma niesamowitą długość wynoszącą aż 5 tys. lat świetlnych. Jego odkrywca, astronom Heber Curtis, w 1918 r. nazwał go „dziwnym prostym promieniem”. 

Źródłem tego niezwykle długiego obiektu jest supermasywna czarna dziura M87*. To jedna z największych czarnych dziur, jakie znamy. Ma aż tysiąc razy większą masę niż Sagittarius A*, supermasywna czarna dziura znajdujące się w centrum Drogi Mlecznej. A Sagittarius A* też do drobnych nie należy – zdążyła już pochłonąć materię cztery miliony razy cięższą od Słońca.

Wokół M87* krąży ogromny dysk rozgrzanej materii. To on stanowi ognisty pierścień widoczny na zdjęciach tej czarnej dziury. Dzięki nowej fotografii naukowcy zdołali połączyć z nim dżet. Mogą też badać, z którego dokładnie miejsca dżet jest wyrzucany w kosmos. A także – jak dokładnie powstaje.

Czarna dziura na pierwszym takim zdjęciu. „Wygląda jak smok zionący ogniem” / R. Lu and E. Ros (GMVA), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)

Czarna dziura jak smok zionący ogniem

– Galaktyka Messier 87 była obserwowana przez dziesięciolecia. Od stu lat wiemy, że z jej środka wystrzeliwany jest dżet – mówi astronom Ru-Sen Lu, główny autor pracy. – Dzięki sieci teleskopów GMVA mogliśmy przeprowadzić bardziej szczegółowe obserwacje. A wiemy przy tym, że wiele detali jest jeszcze do zobaczenia w przyszłości.

– Wcześniej już widzieliśmy pierścień wokół tej czarnej dziury, a teraz również zaobserwowaliśmy dżet – dodaje Eduardo Ros, inny z astronomów biorących udział w badaniach. – To umieszcza pierścień w pewnym kontekście. Jeśli pomyślisz [o pierścieniu i dżecie – przyp.red.] jako o zionącym ogniem potworze, to wcześniej widzieliśmy smoka i ogień, a teraz smoka zionącego ogniem – opisuje plastycznie naukowiec.

Pierścień znacznie większy niż wcześniej sądzono

Zdjęcie M87* sprzed czterech lat pokazywało tylko część dysku akrecyjnego, otaczającego czarną dziurę. Teraz naukowcy przeprowadzili obserwacje promieniowania o większej długości fali – nie 1,3 mm, jak poprzednio z pomocą EHT, tylko 3,5 mm. Dzięki temu ustalili, że pierścień otaczający czarną dziurę jest o 50 proc. większy niż szacowali wcześniej. Tym samym dzięki nowemu zdjęciu zobaczyliśmy więcej materii opadającej na czarną dziurę niż poprzednio.

Nowa fotografia pozwoliła też po raz pierwszy określić wzajemne położenie pierścienia i dżetu. Dzięki temu naukowcy mogą bliżej zbadać mechanizm powstawania tego drugiego. Obecnie są zdania, że czarna dziura emituje dżet w wyniku dwóch procesów. Powstaje on na skutek oddziaływania energii pól magnetycznych generowanych przez obracające się jądro czarnej dziury oraz wiatrów powstających wokół kręcącego się dysku akrecyjnego.

Bardziej szczegółowy opis ma szanse powstać dzięki dalszym obserwacjom M87*. – Planujemy obserwować region wokół czarnej dziury na innych długościach fal radiowych – mówi Eduardo Ros. – Nadchodzące lata będą ekscytujące. Będziemy dowiadywać się coraz więcej o tym, co dzieje się w jednym z najbardziej tajemniczych rejonów Wszechświata – dodaje badacz.

Nowa fotografia została zrobiona dzięki sieci Global mm-VLBI Array (GMVA), łączącej czternaście radioteleskopów pracujących w Europie i Północnej Ameryce. Dodatkowo przyłączono do niej dwa obserwatoria: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i Greenland Telescope (GLT).

Źródła: Nature, phys.org, EurekAlert, The Guardian, Hubble