Aby wykonać to zdjęcie, naukowcy połączyli osiem radioteleskopów, rozrzuconych w różnych miejscach świata. Urządzenia pracują na falach milimetrowych i submilimetrowych przy pomocy techniki znanej jako interferometria wielkobazowa. W tej technice, stosowanej powszechnie w radioastronomii od lat 60. ubiegłego wieku, połączone instrumenty pozwalają na uzyskanie takiego wyniku, na jaki pozwoliłby teleskop o rozmiarach zbliżonych do odległości skrajnych instrumentów. To z kolei pozwala na uzyskanie wielkich zdolności rozdzielczych, co przekłada się na możliwość obserwacji detali w odległych obiektach.

Supermasywna czarna dziura – jak ją sfotografowano?

Tylko jak wykonać zdjęcie obszaru, w którym siła grawitacji jest tak wielka, że nie pozwala uciec nawet światłu? Zgodnie z ogólną teorią względności, aby powstała czarna dziura, niezbędne jest nagromadzenie dostatecznie dużej masy w odpowiednio małej objętości. Wyróżniamy czarne dziury o masie gwiazdowej, które formują się w wyniku zapadania grawitacyjnego bardzo masywnych gwiazd pod koniec ich życia. Drugi rodzaj to tzw. supermasywne czarne dziury o masie milionów, a nawet miliardów mas Słońca. Są one otoczone materią, która krąży. Jej część opada, tworząc świecący dysk otaczający czarną dziurę. I to właśnie widzimy na zdjęciu Saggitariusa A* (Sgr A*).

Matematyczną granicą czarnej dziury jest tzw. horyzont zdarzeń. To sfera oddzielająca obserwatora od zdarzeń, o których nie może on nigdy otrzymać żadnych informacji. Wszystko, co przenika przez horyzont zdarzeń od strony obserwatora, znika.

Supermasywna czarna dziura – co o niej wiemy?

Uzyskanie drugiego w historii obrazu czarnej dziury jest niewątpliwie ważnym wydarzeniem. Choć, z naukowego punktu widzenia, nie tak przełomowym, jak historycznie pierwszy obraz czarnej dziury z 2019 roku.

– Uzyskany obraz Sgr A* jest wyjątkowy z kilku powodów. Po pierwsze, potwierdza nasze przypuszczenia na temat natury centrum naszej Galaktyki. Po drugie, dzięki niemu możemy dokonać porównania z uzyskanym w 2019 roku obrazem masywniejszej i większej czarnej dziury w M87, testując teorie zachowania gazu wokół supermasywnych obiektów. Po trzecie, uzyskany obraz Sgr A* pokazuje możliwości rozdzielcze sieci teleskopów i siłę wykorzystanych algorytmów przetwarzania danych. Naukowcy odtworzyli bowiem obraz z rozdzielczością, której potrzebujemy, by z Ziemi sfotografować piłkę na Księżycu. Dodatkową trudnością przy wykonaniu obserwacji była rozpędzona niemal do prędkości światła materia wokół horyzontu zdarzeń, powodująca rozmycie obrazu Sgr A* – mówi dr Milena Ratajczak z Obserwatorium Astronomicznego Uniwersytetu Warszawskiego.

Dr Ratajczak dodaje, że na obrazie nie widzimy samej czarnej dziury, ale świecący wokół niej gaz przyjmujący kształt pierścienia. Ciemny obszar w centrum obrazu zwany jest cieniem, a jego granice odpowiadają położeniu horyzontu zdarzeń. Dzięki temu możemy oszacować parametry czarnej dziury i porównać je z wynikami uzyskanymi na podstawie analizy ruchu gwiazd krążących wokół niej. Obserwacje Sgr A* pozwoliły także na badanie dynamiki rozpędzonej materii zbliżającej się do horyzontu zdarzeń.

Supermasywna czarna dziura – dokładność pomiarów

– Przedstawione na konferencji wyniki nie ekscytują mnie w jakiś szczególny naukowy sposób. Od wielu lat obserwowane są ruchy gwiazd w okolicach obiektu Sagittarius A*, sugerujące niewidoczny obiekt o masie około 4 milinów mas słonecznych. Jedynym racjonalnym wytłumaczeniem tego jest supermasywna czarna dziura – mówi prof. Leszek Błaszkiewicz, radioastronom związany z Uniwersytetem Warmińsko-Mazurskim.

– Bardziej od samego obrazu najbliższego otoczenia czarnej dziury, bo tej oczywiście nie widać, zadziwiają mnie techniczne aspektu związane z obserwacjami i uzyskaniem tego wyniku – dodaje uczony.

Wskazuje przy tym, że dla masywnej czarnej dziury promień Schwarzschilda, stosowany przy opisie czarnych dziur, to blisko 12 mln km. Inaczej 0,08 jednostki astronomicznej, czyli średniej odległości pomiędzy Słońcem a Ziemią. Na pokazanym obrazie zewnętrzne obszary mają rozmiar porównywalny z rozmiarami orbity Merkurego, czyli niecałe 60 milionów km (albo około 0,4 j.a.). – Widzimy zatem bezpośrednie sąsiedztwo horyzontu zdarzeń. Należy podkreślić, że chociaż sam obiekt jest relatywnie mały, został dokładnie odwzorowany mimo odległości blisko 27 tysięcy lat świetlnych – dodaje prof. Błaszkiewicz.