Prva fotografija crne rupe!

Već nekoliko decenija, a može se reći i vekova, crne rupe privlače ogromnu pažnju kako naučnika tako i javnosti, kroz popularne tekstove, različite ideje i SF romane i (visokobudžetne) filmove.

Do danas smo crne rupe opisivali opštom teorijom relativnosti i “gledali” kroz matematičke modele, kompjuterske simulacije i posredna posmatranja. Međutim, poslednji rezultati Event Horizon Teleskopa (EHT) koji su 10. aprila 2019. godine objavljeni na šest istovremenih konferencija za štampu to su promenili.

EHT je danas objavio prvu fotografiju crne rupe!

Na fotografiji, na kojoj je snimljen centar ogromne eliptične galaksije M87, može se videti sjajan prsten koji je nastao zbog savijanja svetlosti u jakom gravitacionom polju crne rupe koja ima masu oko 6,5 milijardi puta veću od mase Sunca.

Mogućnost postojanja crnih rupa predvidela je Ajnštajnova opšta teorija relativnosti. Ubrzo nakon objavljivanja ove teorije (1916) naučnici su izračunali analitička rešenja za orbite fotona u blizini crnih rupa a prve simulacije pojavile su se 70-tih godina prošlog veka. Međutim, sam pojam “crna rupa” pojavio se oko pola veka nakon definisanja teorije.

Ime ovim objektima dao je Džon Viler 1969. godine. Naziv “crna rupa” bio je motivisan interpretacijom rezultata do kojih se došlo na osnovu rešenja jednačina opšte teorije relativnosti. Na osnovu teorije zaključeno je da su crne rupe oblasti prostora u kojima je gravitaciono polje toliko jako da ništa, čak ni elektro-magnetno zračenje, tj. svetlost, nema dovoljnu brzinu da odatle “pobegne”.

Prema modelu evolucije zvezda crne rupe nastaju na jednostavan način. One predstavljaju poslednju fazu u evoluciji zvezda velikih masa, tj. zvezda čija je masa jezgra bar 2-3 puta veća od mase Sunca. Zbog ogromne mase ovih zvezda gravitacija je toliko jaka da, nakon završetka fuzionih reakcija, više ne postoji sila koja bi se suprotstavila gravitaciji. Zbog toga gravitacija pobeđuje i “sabija” čak i atomska jezgra u jednu “tačku”. Ta tačka, koja se naziva singularitet predstavlja centar crne rupe, a oko nje nalazi se horizont događaja.

Međutim, ovakve crne rupe nastale evolucijom zvezda su relativno male mase. U svemiru postoje i ogromne crne rupe, tzv. supermasivne crne rupe. Na osnovu posrednih posmatranja ove crne rupe su detektovane u centrima galaksija. Njihova masa je ogromna, a sa ogromnom masom dolaze i snažni gravitacioni efekti.

Upravo jednu takvu supermasivnu crnu rupu snimio je Event Horizon Teleskopa. Međutim, pre neko što zamislite nekog astronoma koji sedi pored teleskopa i kroz okular posmatra i fotografiše ovu crnu rupu neophodno je vidimo šta je EHT.

Crne rupe, pa čak i one supermasivne, su objekti relativno malih dimenzija. Da bi kroz teleskop videli, ili snimili, neki objekat potrebno je da prividne dimenzije tog objekta budu veće od razdvojne moći teleskopa. Za posmatranje jedne prosečne supermasivne crne rupe to je otprilike deset puta manje od mikrolučne sekunde. Ovaj broj nam ne znači mnogo ali koliko je to stvarno malo najbolje opisuje činjenica da bi takvim teleskopom mogla da se vidi jabuka na površini Meseca.

Naravno, teleskop kojim možemo da “posmatramo” jabuke na površini našeg satelita nemamo, jer bi njegove dimenzije morale da budu otprilike veličine Zemlje. Prema tome, za snimanje crnih rupa potrebna je neka druga tehnologija a ne običan teleskop. EHT je upravo takav teleskop. Reč je o radio teleskopu ogromnih dimenzija, tačnije o više povezanih radio teleskopa. EHT teleskop počeo je da radi 2007. godine i povezuje 8 radio teleskopa koji se nalaze na različitim kontinentima. Među ovim teleskopima nalaze se Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) u Čileu, South Pole Telescope (SPT) na Antarktiku, i IRAM 30 metarski teleskop u Španiji.

Rastojanja između radioteleskopa EHT mreže kreću se između 160 m i 10.700 km. Antena svakog teleskopa u mreži precizno je usmerena ka posmatranom objektu i snima signale na talasnoj dužini od 1,3 mm. Tokom dana svaki od ovih teleskopa sačuva oko 350 terabajta podataka! Konačna slika posmatranog objekata dobija se nakon obrade i analize sačuvanih podataka pomoću superračunara lociranih i Max Planck institutu za radio astronomiju u Bonu, Nemačka, i na MIT Haystack opservatoriji u SAD. Na ovakav način EHT postiže oko 2000 puta bolju rezoluciju u teleskopa Habl.

Dimenzije crne rupe, tj. veličina senke, proporcionalne su njenoj masi. Ogromna masa crne rupe u centru galaksije M87 kao i relativno malo rastojanje od samo 55 miliona svetlosnih godina od nas omogućile su da ova crna rupa bude odličan kandidat za prvu fotografiju.

EHT je serije “fotografija” snimio 5, 6, 10 i 11 aprila 2017. godine, a svaka serija snimana je između 3 i 7 minuta. Na osnovu obrade i analize ovih fotografija dobijena je prva fotografija crne rupe, koja je danas objavljena. Na fotografiji je jasno uočljiv sjajan prsten sa tamnom centralnom oblašću. Prečnik prstena iznosi 42 a debljina manje od 20 mikro-lučnih sekundi. Upoređivanjem dobijenih fotografija sa simulacijama dobijnim na osnovu magnetohidrodinamičke teorije relativnosti (GRMHD) može se zaključiti da je reč o tzv. Kerovoj crnoj rupi, tj. nenaelektrisanoj crnoj rupi koja rotira oko centralne ose. Takođe je procenjeno da horizont događaja ima dimenzije od 3,8 mikro-lučnih sekundi i da crna rupa rotira u smeru kazaljke na satu.

Procena mase ove crne rupe, na osnovu ranijih posmatranja, kretala se u intervalu od 3,5 do 7,22 milijarde masa Sunca dok je na osnovu posmatranja EHT procenjeno da masa prve snimljene crne rupe iznosi 6,5 milijardi masa Sunca.

Nakon analize prikupljenih podataka i današnjeg objavljivanja šest radova u časopsiu The Astronomical Journal Lettersastronomi Event Horizon Teleskopa nastaviće sa daljim radom na ovom objektu i pokušaće da saznaju još neke važne karakteristike “fotografisane” crne rupe. Ovaj tim istraživača takođe se nada da će uskoro u EHT mrežu biti uključeni i drugi teleskopi, što će omogućiti snimanje još jasnijih i boljih fotografija. Takođe, u planu je i nastavak istraživanja i fotografisanje poznate crne rupe Sagittarius A.

Katie Bouman, članica tima od više od 200 istraživača koji su doprineli snimanju fotografije prve crne rupe i o kojoj se od juče u medijima puno piše, pre dve godine održala je jedno odlično TED predavanje o tome kako snimiti crnu rupu.

Komentar Katie Bouman, na Facebook-u ubrzo nakon objavljivanja fotografije