U središtu galaksije koja se zove Messier 87, udaljena oko 55 milijuna svjetlosnih godina, a oko koje sve orbite galaksije leži, monstrum: supermasivna crna rupa. S oko 6, 5 milijardi puta većom od mase Sunca, crna rupa u središtu M87 toliko je gusta da je njezina brzina bijega ili brzina potrebna za bijeg od gravitacije objekta veća od brzine svjetlosti. Prema tome, ni fotoni svjetlosti ne mogu pobjeći kad se preblizu približe.
Ali, nemojte da vas ime "crna rupa" zavara. "Kao vrsta paradoksa prirode, crne rupe, koje ne dopuštaju svjetlu da pobjegne, neki su od najsvjetlijih objekata u svemiru", kaže Shep Doeleman, viši istraživač Harvard-Smithsonian Centra za astrofiziku i direktor projekta Event Horizon Telescope (EHT), međunarodnog napora za izravnu sliku supermasivne crne rupe s teleskopima širom svijeta.
Danas je projekt EHT-a, koji uključuje osam opservatorija i preko 60 znanstvenih institucija u više od 20 zemalja, objavio prvu sliku crne rupe. "Ovo je prvi put da sam vidio ovu sliku upravo sada", kaže France Córdova, direktorica Nacionalne zaklade za znanost (NSF), na konferenciji za novinare u Nacionalnom tiskovnom klubu. "I to mi je dovelo suze na oči. Ovo je vrlo velika stvar. "
Šest znanstvenih radova objavljeno je danas u Astrofizičkom časopisu u kojima su detaljno opisana prva izravna opažanja crne rupe.
Iako svjetlost ne može pobjeći od same crne rupe, svaku crnu rupu okružuje svaka crta, poznata kao horizont događaja. Bilo koja materija koja luta izvan horizonta događaja troši crna rupa, ali kako se plinovi gomilaju neposredno izvan horizonta događaja, oni se zagrijavaju na stotine milijardi stupnjeva, emitirajući ogromnu količinu zračenja kroz galaksiju. Horizont događaja oko crne rupe M87 dug je oko 1, 5 svjetlosnih dana, odnosno oko 40 milijardi kilometara, otprilike iste veličine kao i naš Sunčev sustav.
"Ono što očekujemo ako vidimo supermasivu crnu rupu u središtu galaksije, a mi mislimo da oni postoje u središtima većine galaksija, je da intenzivna gravitacija privlači plin u blizini prema crnoj rupi i ona se zagrijava gore ", kaže Doeleman. "Pokušavate komprimirati puno plina do najmanjeg volumena koji možete zamisliti ... i sve to vrlo vrući plin emitira [svjetlost]."
Nakon godina planiranja od strane preko 200 međunarodnih znanstvenika, podaci koji su trebali pokazati prvu sliku crne rupe ikada su spremni. Tim se okuplja na veliko otkriće - to je seizmički trenutak astrofizike.Promatranja crne rupe u središtu M87 pokazuju da se ona okreće u smjeru kazaljke na satu. Na dnu slike, gdje je prsten svjetlosti svjetliji, rotacija crne rupe kreće se prema nama, dok se dio prstena na vrhu slike odmiče.
Snimanje izgaranja plina koji je okruživalo horizont događaja crne rupe, a koje astronomi nazivaju "sjena" ili "silueta" crne rupe, pokazalo se da nije lak zadatak. Crna rupa M87 nalazi se u središtu galaksije, zakrivena iza svijetlih zvijezda i sjajnih zraka i prašine. Da bi uhvatili fotone svjetlosti koji uspijevaju pobjeći iz gravitacijske bušotine supermasivne crne rupe, uvučene prema horizontu događaja prije nego što su letjeli 55 milijuna svjetlosnih godina kroz M87 i kroz međgalaktički prostor prema Zemlji, astronomi su povezali neke od najmoćnijih radio teleskopi ikad izgrađeni da u određenom smislu konstruišu teleskop veličine Zemlje.
"Postoji posebno polje zvano Veoma dugačka bazna interferometrija u kojem vežete radio posuđe širom svijeta i dobivate izuzetno velika povećanja", kaže Doeleman. Radioastronomske opservatorije, od teleskopa Južnog pola do Grenlandskog teleskopa, doprinijele su ili će pridonijeti opažanjima EHT-a. "Pomoću VLBI tehnike, gdje cijelu Zemlju činite teleskopom, morate povezati posuđe s obje strane Zemlje zajedno pomoću mreže atomskog sata, i to radimo."
Teleskop teleskop Horizon prikupio je podatke za prvu sliku crne rupe u 2017. Korištenjem atomskih satova za poravnavanje opažanja u vremenu, a superračunala za sastavljanje petabajta podataka, znanstvenici mogu učinkovito postići razlučivost teleskopa veličine Zemlje - ali a ne mogućnost sakupljanja svjetlosti, pa se tehnika može koristiti samo za promatranje vrlo svijetlih objekata. VLBI može skupljati samo radio valove na površinama posuđa, koji se neprestano okreću sa Zemljom, pazeći na središte M87.
Veliki milimetar / submilimetarski niz Atacama (ALMA), smješten na sjeveru Čilea, s Mliječnim putem vidljivESO / Y. Beletsky na nebu. ALMA je najmoćnija radio opservatorija u mreži Event Horizon Telescope. (ESO / Y. Beletsky) "Na ove teleskope možete razmišljati kao o sitnim komadićima srebra na zrcalu veličine Zemlje, i dok se kreću uokolo, oni pronalaze pramenove reflektivnosti i na taj način vi završavate tkanje zajedno ili predenje, teleskop veličine Zemlje - gotovo zgrada web onako kako radi pauk “, kaže Doeleman.
Teleskopi prikupljaju ekstremno visokofrekventne (EHF) radio valove, gotovo infracrveno svjetlo na elektromagnetskom spektru, valne duljine 1, 3 milimetra. Frekvencija je "upravo savršena" kako bi se prošlo ekspanzivno putovanje od ruba crne rupe do naših radio jela, kaže Doeleman. Opservatoriji se noću okrenu prema M87, a tijekom ožujka i travnja, kada su atmosferske vodene pare na najnižim razinama.
Teleskop slučajnog horizonta također je promatrao Strijelca A *, supermasiranu crnu rupu u središtu naše galaksije, Mliječni put. Strijelac A * (izgovara se "zvijezda A Strijelca") je mnogo manje aktivna supermasivna crna rupa od one u središtu M87. Strijelac udaljen oko 26 000 svjetlosnih godina, Strijelac A * je dovoljno mali da se na nebu pojavljuje približno iste veličine kao i daleko dalji M87.
Mnogi znanstvenici vjeruju da crne rupe imaju smisla u području teorijske fizike, ali u stvarnom životu to stvarno ne bi mogle postojati. Snimanje slike crne rupe promijenilo bi sve to.Uz sjajni horizont događaja oko crne rupe M87, objekt izbacuje mlazove materijala sa svojih stupova u svemir. "Nabavljate ove mlaznice relativističkih čestica, jer naravno da su vrlo energične, koje mogu iscuriti na desetke tisuća svjetlosnih godina", kaže Doeleman. "Oni mogu prelaziti cijelu galaksiju i to oslobađanje energije u galaktičkoj ljestvici može promijeniti način na koji izgleda cijela galaksija."
Energija mlazeva koja proizlazi iz supermasivne crne rupe određuje se koliko materije troši crna rupa, kao i njeno okretanje, magnetsko polje i druga svojstva. "Letači nose energetski ekvivalent od 10 milijardi supernova", kaže Sera Markoff, članica znanstvenog vijeća EHT-a i profesorica na Sveučilištu u Amsterdamu, na konferenciji za novinare. "Ove vrtoglave vrtače u tkivu prostora i vremena imaju mnogo posljedica na sebe", kaže Markoff. Kad crna rupa isijava ogromne količine energije, ona sprečava da plinovi oko horizonta događaja formiraju nove zvijezde, stilizirajući rast galaksija.
U središtu crne rupe, prema Einsteinovoj općoj teoriji relativnosti, nalazi se točka singularnosti u kojoj se sva materija objekta sakuplja u tako volumenu da je gustoća u osnovi beskonačna. U ovom se trenutku vjeruje da se propadaju poznati zakoni fizike. Bliže horizontu događaja, međutim, znanstvenici će ispitivati oblik siluete crne rupe kako bi testirali zakone relativnosti.
"Moram priznati da sam bio pomalo zapanjen što se toliko podudarao s predviđanjima koja smo postavili", kaže Avery Broderick, astrofizičar s EHT-a i izvanredni profesor na Sveučilištu u Waterloou na konferenciji za novinare. "To je zahvalno, ali i pomalo uznemirujuće."
Oblik svjetlosti oko crne rupe, poznat kao fotonski prsten gdje svjetlost kruži oko središta, služi kao najintenzivniji test Einsteinove teorije gravitacije ikad provedene.
"Jedan od razloga zašto vidite taj svjetlosni prsten je taj što je to orbita na kojoj su fotoni ograničeni da se kreću u krugu oko crne rupe", kaže Doeleman. "Stvarno je izvanredno - uzmeš predmet poput fotona koji putuje onoliko brzo koliko sve može u svemiru, najbrže se krećeš, i tada shvatiš da postoji objekt nazvan crna rupa zbog kojeg će se taj zraci saviti potpuni krug. A to je u suštini ono što vidite. ... A ako prođete kroz Einsteinove jednadžbe, to je vrlo posebna orbita. "
Vidjevši prsten oko crne rupe, njegove sjene siluete nasuprot kozmosu, potvrdilo je da teorijska fizika položena prije više od 100 godina još uvijek vrijedi "u jednoj od najekstremnijih laboratorija koju svemir pruža za nas."
"Mislim da to iskreno govori ljudskom duhu i da smo ga sposobni povući", kaže Doeleman.
Lovci na crnu rupu premijerno se prikazuju u petak, 12. travnja u 21 sat na kanalu Smithsonian.
