Pierwsze zdjęcie czarnej dziury w historii

11/04/2019, 12:57 · · · 16
fot. Event Horizon Telescope

W środę 10 kwietnia po godzinie 15:00 w Berlaymont Building w Brukseli, grupa naukowców odpowiadających za projekt z European Southern Observatory, przedstawiciele Komisji Europejskiej i Europejskiej Rady do spraw Badań Naukowych, przedstawili pierwsze w historii zdjęcie czarnej dziury.

Zdjęcie czarnej dziury znajdującej się w centrum galaktyki M87, powstało dzięki projektowy Event Horizon Telescope, skupiającemu się na obserwacji przestrzeni kosmicznej znajdującej się w bezpośredniej bliskości czarnej dziury oraz ich horyzontowi zdarzeń. Zaprezentowane wczoraj zdjęcie potwierdza część „Ogólnej teorii względności”. Warto pamiętać, że „Ogólna teoria względności” Alberta Einsteina została opublikowana 20 marca 1916 roku, ale dopiero wczoraj udało się wykonać pierwsze zdjęcie czarnej dziury.

Zacznijmy od początku. W uproszczeniu, wszystko to co widzimy, to odbicie światła od różnych powierzchni. Jak więc udało się wykonać zdjęcie obiektu, który nie odbija światła? Sama czarna dziura jest idealnie czarnym obiektem, jednak wokół niej znajduje się łuna światła z wciągniętych przez nią gwiazd. Resztki światła, które nie przekroczyły jeszcze horyzontu zdarzeń czarnej dziury1 tworzą dookoła niej świetlisty okrąg.

Istnienie tego okręgu oraz jego średnicę definiuje wspomniana wcześniej „Ogólna teoria względności” Alberta Einsteina. Pierwsze zdjęcia czarnej dziury pozwolą zweryfikować, czy teoria Einsteina idealnie przewiduje średnicę świetlistego okręgu wokół czarnej dziury.

W 2014 roku do kin wszedł film Interstellar. Konsultantem przy produkcji tego filmu był amerykański fizyk teoretyczny i astrofizyk, a od 2017 roku również noblista, Kip Thorne. Przedstawiona w filmie czarna dziura była odwzorowaniem ówczesnej wiedzy naukowców o czarnych dziurach. Jak się okazuje, filmowa wizja była bardzo podobna do rzeczywistości.

Sfotografowana czarna dziura mieści się w centrum galaktyki Panna A(M87). Jest jedną z największych czarnych dziur, które znamy. Masa czarnej dziury M87 jest 6,5 miliarda raza większa niż masa Słońca. Znacznie bliższa nam czarna dziura(Sagittariusa A), znajdująca się w naszej galaktyce ma masę „zaledwie” 4,5 miliona większą od Słońca. Wielkość czarnej dziury M87, była jednym z powodów, dla których to właśnie ją sfotografowano jako pierwszą.

Zdjęcie czarnej dziury M87 powstało dzięki współpracy obserwatoriów z różnych rejonów świata. Projekt Event Horizon Telescope pozwolił uzyskać kątową zdolność rozdzielczą 20 mikrosekund łuku. Taka rozdzielczość pozwoliłaby rozróżnić szczegóły wielkości karty kredytowej na powierzchni Księżyca. Gdybyśmy chcieli zbudować pojedynczy teleskop o takiej mocy, musiałby on mieć wielkość całej Ziemi. Fizycznie jest to niemożliwe, dlatego naukowcy postanowili rozwiązać ten problem w inny sposób.

Tak gigantyczną rozdzielczość udało się uzyskać dzięki stworzeniu wirtualnego teleskopu, w skład którego wchodzi kilka mniejszych. Zdjęcia z kilku teleskopów rozmieszczonych w różnych miejscach na naszej planecie wraz z odpowiednim algorytmem i sporą mocą obliczeniową obecnych komputerów pozwoliły na zrobienie  jednego zdjęcia M87. Więcej na temat projektu Event Horizon Telescope możecie dowiedzieć się z poniższej prezentacji Katie Bouman. Katie Bouman jest autorką algorytmu, który tworzy zdjęcia z danych zebranych przez teleskopy wchodzące w skład projektu Event Horizon Telescope. Warto tutaj wspomnieć, że teleskopy zebrały około 5 petabajtów danych(1 petabajt to milion gigabajtów). Analiza tych danych pozwoliła na zrobienie pierwszego zdjęcia czarnej dziury w historii.

Na koniec pozostaje jeszcze jedna kwestia. Dlaczego to zdjęcie jest takie niewyraźne? Odpowiedź na to pytanie jest dosyć proste. M87 znajduje się 55 mln lat świetnych od naszej planety. Użycie Event Horizon Telescope, czyli wirtualnego teleskopu wielkości naszej planety, umożliwiło nam wykonanie zdjęcia tak odległemu obiektowi, jednak odległość ta i konieczność użycia kilku teleskopów jednocześnie sprawiła, że zdjęcie pozostaje rozmazane.

  1. Granica po przekroczeniu, której nawet światło nie jest w stanie uciec przyciąganiu czarnej dziury.
16

Błażej Faliszek

Użytkownik sprzętu Apple od ponad 10 lat. Najcześciej piszę o kosmosie (SpaceX) ale również o elektronice i DIY (Raspberry Pi, Arduino). Działam w stowarzyszeniu Hackerspace Silesia a ostatnio mocno wkręciłem się w temat filtrów powietrza.