Astronomowie chcą bezpośrednio zaobserwować czarną dziurę

Astronomowie chcą zarejestrować pierwsze zdjęcie samego centrum naszej galaktyki: globalny projekt współpracy radioteleskopów chce przyjrzeć się czarnej dziurze zamieszkującej środek Drogi Mlecznej. W ramach Event Horizon Telescope liczne obserwatoria rozsiane po całym świecie stworzą jeden potężny teleskop – jego elementy rozrzucone są od Europy przez Chile, Hawaje, aż po biegun południowy. 30-metrowy teleskop IRAM współfinansowany przez Towarzystwo Maxa Plancka to jedyny teleskop w Europie, który będzie uczestniczył w kampanii obserwacyjnej. Instytut Radioastronomii Maxa Plancka będzie realizował pomiary, które wstępnie zaplanowano na okres od 4 do 14 kwietnia.

Pod koniec XVIII wieku naturaliści John Mitchell oraz Pierre Simon de Laplace rozważali możliwość istnienia „ciemnych gwiazd” charakteryzujących się na tyle silną grawitacją, że nawet światło nie jest w stanie z nich uciec. Na początku XX wieku Albert Einstein zrewolucjonizował naszą wiedzę o grawitacji – a tym samym związku materii, przestrzeni i czasu – w ramach swojej Ogólnej Teorii Wzlgędności, opisując przy tym także ideę czarnych dziur.

Owe obiekty mają tak dużą, ekstremalnie skompresowaną masę, że nawet światło nie jest w stanie uwolnić się od niej. Właśnie dlatego pozostają czarne, przez co nie ma możliwości ich bezpośredniej obserwacji. Badaczom jednak udało się dowieść istnienia tych pułapek grawitacyjnych w sposób pośredni: mierząc fale grawitacyjne wyemitowane podczas łączenia się dwóch czarnych dziur oraz obserwując ich wpływ grawitacyjny na ich bezpośrednie otoczenie. To właśnie ta grawitacja odpowiada za potężną prędkość z jaką gwiazdy podróżują wokół niewidocznego centrum np. naszej galaktyki.

Niemniej jednak możliwe jest bezpośrednie zaobserwowanie czarnej dziury. Granicę wokół tych egzotycznych obiektów, po przekroczeniu której ani światło ani materia nie mogą już powrócić, naukowcy nazywają horyzontem zdarzeń. Zgodnie z teorią to właśnie w momencie przekraczania przez materię tej granicy emitowane jest intensywne promieniowanie, które stanowi ostatni zapis jej istnienia.  Promieniowanie to powinno być możliwe do zaobserwowania w postaci fal radiowych emitowanych m.in. w zakresie milimetrowym. Dlatego też teoretycznie możliwe powinno być zaobserwowanie horyzontu zdarzeń czarnej dziury.

Event Horizon Telescope (EHT) właśnie tego chce dokonać. Jednym z głównych celów projektu jest czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej, oddalona od nas o 26 000 lat świetlnych i charakteryzująca się masą ok. 4,5 mln mas Słońca. Z uwagi na potężną odległość, obiekt ten ma niesamowicie małe rozmiary kątowe.

30-metrowa czasza teleskopu IRAM to jeden z najczulszych instrumentów w globalnym projekcie Event Horizon Telescope. Źródło: IRAM / Nicolas Billot

Jednym z rozwiązań tego problemu jest interferometria. Technika ta zakłada wykorzystanie kilku obserwatoriów zamiast jednego dużego teleskopu. Poszczególne obserwatoria wykorzystywane są jako małe fragmenty jednej gigantycznej anteny. W ten sposób naukowcy mogą symulować działanie teleskopu o rozmiarach równych rozmiarom Ziemi.  Wszak im większy teleskop tym drobniejsze szczegóły jest w stanie dostrzec – zwiększa się jego tak zwana rozdzielczość kątowa.

EHT będzie wykorzystywał tę technikę obserwacji w kwietniu br. do przeprowadzenia obserwacji na częstotliwości 230 GHz czyli obserwując promieniowanie o długości fali równej 1,3 mm. Maksymalna rozdzielczość kątowa takiego globalnego radioteleskopu to 26 mikrosekund łuku – taka rozdzielczość pozwala dojrzeć piłeczkę golfową umieszczoną na Księżycu czy szerokość ludzkiego włosa z odległości 500 km.

Oczywiście pomiary z maksymalną rozdzielczości możliwe są tylko w optymalnych warunkach, tj. jeżeli są wykonywane przy niskiej wilgotności i na dużych wysokościach. Takie warunki panują np. w obserwatorium IRAM, w którym znajduje się 30-metrowa antena na mierzącym 2800 m n.p.m. szczycie Pico Valeta w hiszpańskiej Sierra Nevada. Jego czułość przebija tylko oberwatorium ALMA składające się z 64 pojedynczych teleskopów, znajdująca się na płaskowyżu Chajnantor na wysokości 5000 metrów w chilijskich Andach. Płaskowyż ten jest także domem dla anteny APEX, która także stanowi element projektu EHT i zarządzana jest przez Instytut Radioastronomii Maxa Plancka.

Instytut Maxa Plancka w Bonn będzie zaangażowany w analizę danych zebranych przez Event Horizon Telescope. Badacze wykorzystają do tego dwa superkomputery (korelatory): jeden z nich znajduje się w Bonn, a drugi w Obserwatorium Haystack w Massachusetts w USA. Komputery będą analizowały dane dotyczące galaktycznej czarnej dziury, ale nie tylko. W ramach kampanii obserwacyjnej zaplanowanej na okres od 4 do 14 kwietnia astronomowie chcą także przyjrzeć się co najmniej pięciu innym obiektom: galaktykom M87, Centaurus A, NGC 1052 oraz kwazarom OJ 287 i 3C279.

W 2018 roku do projektu EHT dołączy NOEMA, drugie obserwatorium IRAM znajdujące się na Plateau de Bure we francuskich Alpach. Dzięki swojej dziesiątce bardzo czułych anten, NOEMA stanie się najsilniejszym teleskopem w ramach EHT znajdującym się na półkuli północnej.

Źródło: Max Planck Society

Komentarze

comments