Czytaj dalej

Świat błyskawicznie obiegła informacja o pierwszej w dziejach, bezpośredniej obserwacji oblicza czarnej dziury. Przyjrzyjmy się więc bliżej bestii zalegającej w centrum M87. Sprawdźmy jakie ma wymiary i co tak naprawdę mieliśmy szansę ujrzeć.

Krótko. Bardzo duża. Na tyle, że jej horyzont zdarzeń z łatwo­ścią przy­kryłby kilka Układów Słonecznych. 

Ciut dłużej. Mówiąc o czarnych dziurach prze­waż­nie skupiamy się na ich odmóż­dża­jąco dorod­nych masach. Nie jest to dziwne, ponieważ liczby robią tu naprawdę ogromne wrażenie. Naj­po­spo­lit­sze czarne dziury mogą pochwa­lić się masą od kil­ku­dzie­się­ciu do kilkuset Słońc. Z kolei w jądrach galaktyk swoje lego­wi­ska mają naj­bar­dziej mocarne bestie wszech­świata z masami idącymi w miliony, a czasem nawet miliardy Słońc. Rekor­dzistki (w stylu NGC 1277) w tej kate­go­rii docią­gają do 20 miliar­dów mas Słońca, choć i boha­terka ostat­nich badań – czyli czarna dziura w galak­tyce Panna A (lub M87) – nie ma się czego wstydzić, ze swoją tuszą na poziomie 6,5 miliarda Słońc.

Ale co z roz­mia­rami? Objętość hory­zontu zdarzeń – nie­prze­nik­nio­nej kotary, spoza której nic nie może uciec – pozo­staje ściśle uza­leż­niona od masy. Już dawno temu fizyk Karl Schwarz­schild, opie­ra­jąc się na ogólnej teorii względ­no­ści, ukuł równanie pozwa­la­jące łatwo wyliczyć wielkość poten­cjal­nego hory­zontu dla ciała o okre­ślo­nej masie. Praca Schwarz­schilda uświa­do­miła uczonym, że prze­ciętna czarna dziura to obiekt masywny i gęsty, ale w skali kosmicz­nej prze­waż­nie bardzo drobny. Weźmy na ten przykład pozo­sta­jącą w stanie agonii Betel­gezę. To czerwony nad­ol­brzym o masie 18 Słońc, który w bliżej nie­okre­ślo­nej przy­szło­ści skończy żywot jako super­nowa. Gdyby tak się zdarzyło, że gwiazda ta ulegnie prze­kształ­ce­niu w czarną dziurę, to średnica jej hory­zontu zdarzeń nie byłaby wiele większa niż… 100 km. Żebyście zro­zu­mieli o jak eks­tre­mal­nej kom­pre­sji mowa, zwracam uwagę, że obecnie Betel­geza posiada średnicę mierzącą grubo ponad miliard kilo­me­trów. Więc rze­czy­wi­ście, w więk­szo­ści czarne dziury pozo­stają wręcz śmieszne małe. 

Wielkość czarnej dziury w M87

Śmiechy kończą się gdy włączamy do naszych roz­my­ślań super­ma­sywne czarne dziury. To zupełnie inna skala. Mowa o mon­strach dys­po­nu­ją­cych nie tylko olbrzy­mią masą, ale również słuszną obję­to­ścią. Przy masie miliona Słońc średnica hory­zontu zdarzeń wyno­si­łaby już około 6 milionów kilo­me­trów, w związku z czym taki obiekt byłby czte­ro­krot­nie większy od naszej Gwiazdy Dziennej. Jak więc pre­zen­tuje się zare­je­stro­wany przez astro­no­mów pan i władca M87? Sza­cun­kowa masa rzędu 6,5 miliarda Słońc oznacza horyzont zdarzeń o średnicy około 38 miliar­dów kilo­me­trów! To dużo, dużo więcej niż jaka­kol­wiek gwiazda czy jaki­kol­wiek inny zwarty obiekt w kosmosie. Układ Sło­neczny, aż do orbity Plutona, nie zasło­niłby nawet 1/3 czarnej tarczy takiego giganta. Sonda Voyager 1, która została wystrze­lona w 1977 roku i opuściła System Solarny, prze­mie­rzyła dopiero połowę takiego dystansu. 

Muszę zwrócić uwagę na coś jeszcze. Badacze zgro­ma­dzeni wokół projektu Event Horizon Tele­scope, nie mogli wykonać prostej foto­gra­fii, do jakich jesteśmy przy­zwy­cza­jeni. Zgodnie z ein­ste­inow­ską ogólną teorią względ­no­ści, każde ciało znie­kształca swoją obec­no­ścią pobliską cza­so­prze­strzeń. Sieć cza­so­prze­strzenna nie poddaje się łatwo, toteż prze­waż­nie jej wykrzy­wie­nie pozo­staje ledwo dostrze­galne. Dopiero w przy­padku dużych skupisk materii, całych galaktyk lub ich gromad, można zauważyć poważ­niej­sze efekty, jak choćby soczew­ko­wa­nie gra­wi­ta­cyjne, obja­wia­jące się wyraźnym zakrzy­wie­niem prze­cho­dzą­cych przez dany obszar promieni świetlnych.

To jednak mały pikuś w porów­na­niu do tego, co wypra­wiają fotony w sąsiedz­twie hory­zontu zdarzeń. Olbrzy­mia masa bru­tal­nie naciska na cza­so­prze­strzeń, totalnie defor­mu­jąc obraz. Dopro­wa­dza to do gro­te­sko­wej sytuacji, w której obser­wu­jemy nie tylko zwrócony ku nam front czarnej dziury, ale również niemal całą jej powierzch­nię, jak również część dysku akre­cyj­nego poło­żo­nego za nią. To trochę tak jakbyśmy stanęli przed kimś vis-à-vis i widzieli jed­no­cze­śnie jego twarz, uszy i tył głowy. Niezbyt este­tyczna per­spek­tywa, ale na szczę­ście wga­pia­jąc się w czerń hory­zontu trudno o takie atrakcje. Waż­niej­sze w tym przy­padku wydaje się to, że silna gra­wi­ta­cja tworzy też efekt powięk­sze­nia. I to całkiem pokaźny. Obser­wu­jąc czarną dziurę widzimy obraz około 2,5 raza większy od rze­czy­wi­stego rozmiaru hory­zontu zdarzeń. W związku z tym uchwy­cona przez EHT czeluść – czy też cień czarnej dziury – mierzy 90–100 miliar­dów kilo­me­trów. Oczy­wi­ście z korzy­ścią dla astronomów. 

Schemat cienia czarnej dziury

Zdaję sobie sprawę, że zapre­zen­to­wane wyniki mogą nie wydawać się spek­ta­ku­larne prze­cięt­nemu zja­da­czowi chleba. Ot, zawie­szony w prze­strzeni roz­ma­zany pączek. Pomy­śl­cie jednak o tym, że oto człowiek stał się zdolny do zare­je­stro­wa­nia obrazu czegoś, co leży w innej galak­tyce, odda­lo­nej o nie­ba­ga­telne 54 miliony lat świetl­nych. To dwa­dzie­ścia razy dalej niż dystans pomiędzy Drogą Mleczną i Andro­medą. Zebrane dane będą teraz praw­do­po­dob­nie ana­li­zo­wane – piksel po pikselu – przez naukow­ców z całego świata. Pozwoli to na zwe­ry­fi­ko­wa­nie dotych­cza­so­wych modeli czarnych dziur, niuansów fizyki rela­ty­wi­stycz­nej, a być może da również podstawę pod nowe hipotezy.

Autor
Adam Adamczyk

Adam Adamczyk

Naukowy totalitarysta. Jeśli nie chcesz aby wpadli do Ciebie naukowi bojówkarze, zostaw komentarz.