W 2017 roku instrument EHT (Event Horizon Telescope) – w rzeczywistości nie
jeden teleskop, ale interferometr rozmiaru Ziemi składający się z wielu
radioteleskopów – wykonał w przedziale fal radiowych określanych jako mikrofale
( mm) pierwsze ,,zdjęcie” czarnej dziury, nazwanej M87
Znajduje się ona w centrum galaktyki Messier 87 (M87) w odległości około 55
milionów lat świetlnych od Ziemi i ma masę 6,5 miliardów
Rozmiar kątowy obrazu na niebie jest
bardzo mały, tylko około 40 mikrosekund łuku, co odpowiada rozmiarowi typowego
pączka z dziurką – gdyby takowy znalazł się na powierzchni Księżyca. W rzeczywistości M87 jest tak ogromna, że wewnątrz jej horyzontu zmieściłby
się cały Układ Słoneczny wraz z orbitą Plutona.
Jak wiadomo, czarna dziura niejako z definicji nie emituje światła, ale można
zobaczyć jej ,,cień” (lub, jak niektórzy wolą uważać, ,,obrys” bądź
,,sylwetkę”) na tle znajdującej się wokół niej świecącej materii. Na
rysunku obok obraz przedstawia pierścień – centralne zaciemnienie jest
miejscem, w którym znajduje się czarna dziura. Dalsza analiza danych ujawniła
również subtelniejszą strukturę obiektu M87 w świetle spolaryzowanym, co
daje możliwość poznania geometrii pola magnetycznego i rozkładu plazmy wokół
horyzontu czarnej dziury, a także testów teorii grawitacji, czyli ogólnej
teorii względności.
Modele teoretyczne zakładają, że rozkład materii wokół M87 zmienia się w mniej więcej losowy sposób, który nie jest silnie skorelowany w czasie. Aby
rozdzielić wpływ grawitacji (zakładamy, że mniej więcej stały albo co najmniej
zmienny w sposób przewidywalny i w o wiele dłuższych skalach czasowych) i materii (losowo zmienny w krótkich skalach czasowych) na końcowy wynik obserwacji,
można wykonać zdjęcie tego samego obiektu w różnych chwilach.
Artykuł
opublikowany niedawno przez zespół EHT w Astronomy&
Astrophysics (w zespole jest dwoje Polaków – Monika Mościbrodzka z Radboud
University w Nijmegen w Holandii oraz Maciek Wielgus z Max Planck Institute for
Radioastronomy w Bonn w Niemczech) zawiera nowy obraz M87 z 2018 roku, podobny
do tego z 2017. Brak widocznej zmiany w rozmiarze pierścienia w latach
2017–2018 jest zgodny z przewidywaniami ogólnej teorii względności dla silnie
ugiętej przez grawitację (soczewkowanej) emisji wokół czarnej dziury. Obrazy
różnią się jednak, ponieważ rozkład jasności jest obrócony o około 30 w porównaniu z rokiem 2017. Obrót jest zgodny z oczekiwaną ewolucją świecącej
materii – emisji z turbulentnego, nieuporządkowanego dysku akrecyjnego wokół
czarnej dziury. Ewolucja świecącej materii była drobiazgowo modelowana
komputerowo w wielu symulacjach magnetohydrodynamicznych plazmy znajdującej
się w zakrzywionej czasoprzestrzeni, i wydaje się, że dobrze rozumiemy jej
zachowanie. Dysk akrecyjny obraca się wokół czarnej dziury, co jest spójne
ze zmianą kierunku wielkoskalowego strumienia (dżetu) obserwowanego w dużo
dłuższych falach radiowych. Dzięki obserwacjom EHT już wkrótce będzie możliwe
dużo lepsze zrozumienie mechanizmu powstawania takich dżetów w okolicach
supermasywnych czarnych dziur.