Ostry pierścień światła stworzony przez fotony ścigające się z tyłu supermasywnej czarnej dziury został zauważony przez naukowców pracujących na Teleskopie Event Horizon (EHT). Obserwacja potwierdza przewidywania ogólnej teorii względności Einsteina i rzuca dalsze światło na masę czarnej dziury i potężny strumień materii, który emanuje z supermasywnego obiektu.
EHT to globalna sieć radioteleskopów, które po połączeniu mają wystarczająco szeroką aperturę, aby rozróżnić bezpośrednie otoczenie supermasywnych czarnych dziur. W 2019 roku naukowcy EHT stworzyli pierwszy w historii obraz świecącego dysku gazu i „cienia” otaczającego supermasywną czarną dziurę M87*. Obiekt ten znajduje się w sercu galaktyki Messier 87 i uważa się, że jest około 7 miliardów razy masywniejszy niż Słońce. EHT został następnie skierowany na supermasywną czarną dziurę w centrum Drogi Mlecznej i obraz dysku i cienia tego obiektu został wydany na początku tego roku.
Teraz badacze EHT kierowani przez Avery'ego Brodericka Kanadyjskiego Perimeter Institute for Theoretical Physics i University of Waterloo ponownie przyjrzały się swoim obserwacjom M87* w poszukiwaniu ostrego pierścienia światła stworzonego przez fotony, które okrążają czarną dziurę przed podróżą na Ziemię. Pierścień ten jest przewidywany przez ogólne relatywistyczne symulacje magnetohydrodynamiczne regionu otaczającego M87*, ale nie można go zobaczyć z powodu jasnego dysku rozproszonego światła wytworzonego przez fotony, które podróżują bezpośrednio na Ziemię.
Widząc świetliki
„Wyłączyliśmy reflektor, aby zobaczyć świetliki”, mówi Broderick, dodając: „Udało nam się zrobić coś głębokiego – rozwiązać fundamentalną sygnaturę grawitacji wokół czarnej dziury”. Zespół zrobił to za pomocą nowego algorytmu obrazowania, do którego dodali TEMIS – ramy analizy, które pomagają naukowcom zrozumieć obserwacje EHT.
Członek zespołu Hung Yi Pu z National Taiwan Normal University mówi, że nowy algorytm umożliwia współpracę „odklejanie” elementów obrazu EHT, dzięki czemu „otoczenie wokół czarnej dziury może być następnie wyraźnie ujawnione”.
Budowa teleskopu wielkości planety
Oprócz obserwacji pierścienia fotonowego zespół znalazł dowody na to, że z obszaru czarnej dziury wyrzucany jest potężny wirujący strumień materii. Ta ostatnia obserwacja potwierdza teoretyczne przewidywania, że rotacja czarnej dziury powoduje potężny wypływ materii. Ta najnowsza analiza w połączeniu z poprzednimi obserwacjami pozwoliła również zespołowi podać najlepszą dotychczas wartość masy M87*, ustalając ją na 7.13 ± 0.39 miliarda mas Słońca.
Teoria przewiduje, że wokół M87* powinno istnieć więcej pierścieni, z których każdy odpowiada fotonom krążącym wokół czarnej dziury. Zespół uważa, że powinien być w stanie dopracować swoją analizę, aby zobaczyć co najmniej jeden z tych pierścieni więcej.
Badania opisano w Astrophysical Journal.
