Pierwszy obraz naszej czarnej dziury

Oto pierwszy obraz Sgr A*, supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej galaktyki. Jest to pierwszy bezpośredni wizualny dowód istnienia tej czarnej dziury. Obraz został uzyskany przez Teleskop Horyzontu Zdarzeń (Event Horizon Telescope, EHT) – sieć łączącą razem osiem istniejących obserwatoriów radiowych na całej planecie, aby utworzyć pojedynczy wirtualny teleskop o rozmiarach Ziemi. Nazwa teleskopu odnosi się do horyzontu zdarzeń, czyli granicy czarnej dziury, spoza której nawet światło nie jest w stanie uciec.

Chociaż nie możemy zobaczyć samego horyzontu zdarzeń, ponieważ nie emituje światła, to gaz krążący wokół czarnej dziury ujawnia charakterystyczną sygnaturę: ciemny centralny obszar (zwany cieniem) otoczony przezz jasną strukturę podobną do pierścienia. Nowy widok pokazuje światło zakrzywione przez potężną grawitację czarnej dziury, która jest cztery miliony razy bardziej masywna niż Słońce. Obraz czarnej dziury Sgr A* jest uśrednineniem obrazów, które EHT wyodrębnił ze swoich obserwacji prowadzonych w 2017 roku.

Sieć obserwatoriów radiowych EHT, dzięki której udało się uzyskać niniejszy obraz, obejmuje m.in. Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) oraz Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) na pustyni Atakama w Chile, której współwłaścicielemi i współzarządzającym jest ESO, w imieniu krajów członkowskich z Europy.

Źródło: EHT Collaboration, ESO

System z „najbliższą czarną dziurą” jednak jej nie posiada

W 2020 roku zespół kierowany przez astronomów z Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) raportował o najbliższej czarnej dziurze względem Ziemi, położonej w systemie HR 6819, zaledwie 1000 lat świetlnych od nas. Jednak wyniki tych badań zostały zakwestionowane przez innych badaczy, w tym przez międzynarodową grupę związaną z KU Leuven w Belgii. W opublikowanym dzisiaj artykule oba zespoły połączyły siły i pokazały raport, że w HR 6819 jednak nie ma czarnej dziury, a zamiast tego znajduje się wampiryczny układ dwóch gwiazd w rzadkim i krótkim stadium swojej ewolucji.

Pierwotne badania HR 6819 uzyskały duże zainteresowanie zarówno ze strony mediów, jak i naukowców. Thomas Rivinius, pracujący w Chile astronom ESO, pierwszy autor tej publikacji, nie był zaskoczony odbiorem odkrycia czarnej dziury przez społeczność astronomiczną. „Nie tylko jest to normalne, ale tak powinno być, że wyniki badań zostają krytycznie przeanalizowane, a szczególnie wyniki podawane w nagłówkach mediów.”

Rivinius i jego współpracownicy byli przekonani, że najlepszym wyjaśnieniem dla danych, które uzyskano przy pomocy 2,2-metrowego teleskopu MPG/ESO, była potrójność systemu HR 6819 z jedną gwiazdą krążącą wokół czarnej dziury co 40 dni i drugą na znacznie szerszej orbicie. Ale badania, którymi kierowała Julia Bodensteiner, wtedy doktorantka w KU Leuven (Belgia), zaproponowały inne wyjaśnienie dla tych samych danych: HR 6819 może być systemem złożonym jedynie z dwóch gwiazd na 40-dniowej orbicie, bez czarnej dziury. Ten alternatywny scenariusz wymaga, aby jedna z gwiazd była odarta z materii, czyli we wcześniejszej gazie utraciła znaczną część swojej masy na rzecz drugiej gwiazdy.

Dotarliśmy do limitu istniejących danych, musieliśmy więc uruchomić inną strategię obserwacyjną, aby zdecydować pomiędzy dwoma scenariuszami zaproponowanymi przez oba zespołymówi Abigail Frost, badaczka z KU Leuven, która kierowała nowymi badaniami opublikowanymi dzisiaj w Astronomy & Astrophysics.

Aby rozwikłać zagadkę, obydwa zespoły współpracowały w uzyskaniu nowych, ostrzejszych danych na temat HR 6819, używając należących do ESO: Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) i Interferometru Bardzo Dużego Teleskopu (VLTI). „VLTI był jedynym urządzeniem, które mogło dać nam rozstrzygające dane, których potrzebowaliśmy do rozróżnienia pomiędzy dwoma wyjaśnieniami” mówi Dietrich Baade, autor zarówno oryginalnych badań HR 6819, jak i nowej publikacji w Astronomy & Astrophysics. Ponieważ nie ma sensu wnioskować o te same obserwacje dwukrotnie, oba zespoły połączyły siły, co pozwoliło współdzielić zasoby i wiedzę, aby odkryć prawdziwą naturę systemu.

Scenariusze, które analizowaliśmy, były dość jasne, bardzo różne i łatwe do odróżnienia za pomocą odpowiedniego instrumentu. Zgodziliśmy się, że istnieją dwa źródła światła w systemie, a więc pytaniem było czy krążą one blisko wokół siebie w scenariuszu z odartą z materii gwiazdą, albo czy są od siebie mocno odseparowane w scenariuszu z czarną dziurą. mówi Rivinius.

Aby rozróżnić pomiędzy dwoma propozycjami, astronomowie użyli instrumentu GRAVITY na VLTI oraz instrumentu Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) na VLT.

MUSE potwierdził, że nie ma jasnego towarzysza na szerokiej orbicie, a rozdzielczość przestrzenna GRAVITY była w stanie rozdzielić dwa jasne źródła odległe od siebie o zaledwie jedną trzecią dystansu pomiędzy Ziemią, a Słońcem. Dane te okazały się finalnym elementem układanki i pozwoliły nam stwierdzić, że HR 6819 jest układem podwójnym bez czarnej dziury.tłumaczy Frost.
Nasza obecnie najlepsza interpretacja to dostrzeżenie układu podwójnego w momencie krótko po tym, jak jedna z gwiazd wyssała atmosferę swojej towarzyszki. To typowe zjawisko w ciasnych układach podwójnych, czasami nazywane w mediach gwiezdnym wampiryzmem. Gdy gwiazda dawczyni została odarta z części swojej materii, a gwiazda, która ją przejęła, zaczęła obracać się znacznie szybciej. wyjaśnia Bodensteiner, obecnie stażystka w ESO w Niemczech i autorka nowych badań.
Uchwycenie tej fazy po interakcji jest niezmiernie trudne, ponieważ jest bardzo krótka. Czyni to nasze badania HR 6819 bardzo ekscytującymi, gdyż układ jest idealnym kandydatem do zbadania, jak wampiryzm wpływa na ewolucję gwiazd masywnych, a w efekcie na powstawanie związanych z nimi zjawisk, w trym fal grawitacyjnych i gwałtownych wybuchów supernowych.dodaje Frost.

Nowo uformowany wspólny zespół Leuven-ESO planuje teraz bliżej monitorować HR 6819 przy pomocy instrumentu GRAVITY na VLTI. Z upływem czasu naukowcy przeprowadzą połączone badania systemu, aby lepiej zrozumieć jego ewolucję, określić własności i wykorzystać tę wiedzę do poznania lepiej innych układów podwójnych.

Zespół pozostaje optymistyczny w kontekście poszukiwać czarnych dziur.

Czarne dziury o masach gwiazdowych pozostają bardzo nieuchwytne poprzez swoją naturę.mówi Rivinius.
Ale szacunki co do rzędu wielkości sugerują, że istnieją dziesiątki do setek milionów czarnych dziur w samej Drodze Mlecznej.dodaje Baade.

Kwestią czasu jest odkrycie ich przez astronomów.

Olbrzymia czarna dziura galaktyki M87 wystrzeliwuje dżety prawie z prędkością światła

Nowe modele komputerowe pokazują, że pierwsza (i jedyna jak na razie) czarna dziura, której zdjęcie wykonano z Ziemi, wystrzeliwuje ogromne strumienie plazmy, które poruszają się z prędkością bliską prędkości światła.

Czarna dziura znajduje się 55 milionów lat świetlnych od Ziemi w gwiazdozbiorze Panny i leży w galaktyce Messier 87, czyli M87, która zawiera w swoim jądrze czarną dziurę o masie 6,5 miliarda mas Słońca. W 2019 roku międzynarodowa współpraca badawcza pod nazwą Teleskop Event Horizon wykonała zdjęcia czarnej dziury (a dokładnie najbliższych okolic), pierwszego tego rodzaju obrazu.

Czarna dziura w M87 wystrzeliwuje relatywistyczny dżet lub dżet plazmy na zewnątrz z prędkością bliską prędkości światła. W nowym badaniu międzynarodowy zespół naukowców zebrał nowe informacje na temat czarnej dziury i jej dżetu, modelując je z niewiarygodną szczegółowością za pomocą komputerów.

Zespół wykorzystał trójwymiarowe symulacje superkomputerowe do modelowania regionu czarnej dziury M87 i jej dysku akrecyjnego, dysku gazu, plazmy i różnych cząstek, które otaczają i zasilają czarną dziurę. Wzięli pod uwagę temperatury, gęstości materii i pola magnetyczne, które prawdopodobnie będą występować w tej czarnej dziurze na podstawie istniejących obserwacji.

Pomogło to naukowcom stworzyć komputerowy model regionu czarnej dziury, który wykorzystali do śledzenia i badania ruchu fotonów lub cząstek światła w dżecie czarnej dziury. Następnie przetłumaczyli te dane śledzenia fotonów z modelu komputerowego na obrazy radiowe i porównali je z rzeczywistymi obserwacjami czarnej dziury.

Odkryli, że ich model komputerowy dobrze pasuje do rzeczywistych danych zebranych przez radioteleskopy i satelity, dając pewność, że ich model był dość dokładnym odwzorowaniem regionu czarnej dziury.

Teraz, podczas gdy badaczom udało się zbadać i obserwować czarną dziurę w M87 (zwłaszcza dzięki obrazowi wykonanemu w 2019 roku), wciąż pozostają pytania o to, jak powstaje tak potężny relatywistyczny dżet i jak pozostaje stabilny, strzelając na ogromne odległości w przestrzeń.

Według Cruz-Osorio, dane zebrane na temat dżetu czarnej dziury z ich modelu komputerowego pokazują, jak dżet może działać.

Mówi nam, że supermasywna czarna dziura M87* prawdopodobnie bardzo się obraca, a plazma jest silnie namagnesowana w dżecie, przyspieszając cząstki do skali tysięcy lat świetlnych.powiedział Cruz-Osorio.

Współautor Luciano Rezzolla, również badacz z Instytutu Fizyki Teoretycznej na Uniwersytecie Goethego, dodał, że oprócz pogłębienia naszej wiedzy na temat czarnej dziury M87, obrazy radiowe zespołu, które symulacja komputerowa, są zgodne z przewidywaniami teorii Einsteina ogólna teoria względności.

Znaleziono czarną dziurę skrywającą się w gromadzie gwiazd poza naszą galaktyką

Przy pomocy należącego Bardzo Dużego Teleskopu (VLT), należącego do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO), astronomowie odkryli małą czarną dziurę poza Drogą Mleczną, obserwując w jaki sposób wpływa na ruch gwiazd w swoim bliskim otoczeniu. Po raz pierwszy ten sposób detekcji został użyty do odkrycia istnienia czarnej dziury poza naszą galaktyką. Metoda ta może stać się kluczowa w poszukiwaniu ukrytych czarnych dziur w Drodze Mlecznej i sąsiednich galaktykach, a także rzucić światło na to, w jaki sposób formują się i ewoluują te tajemnicze obiekty.

Nowo znalezioną czarną dziurę zidentyfikowano w NGC 1850, gromadzie tysięcy gwiazd odległej o prawie 160 000 lat świetlnych w Wielkim Obłoku Magellana, galaktyce sąsiadującej z Drogą Mleczną.

Podobnie jak Sherlock Holmes śledził kryminalne gangi na podstawie ich błędów, szukamy każdej pojedynczej gwiazd w tej gromadzie przy pomocy szkła powiększającego w jednej ręce, próbując znaleźć dowody na istnienie czarnych dziur, ale bez obserwowanie ich bezpośrednio.mówi Sara Saracino z Astrophysics Research Institute of Liverpool John Moores University w Wielkiej Brytanii, prowadząca badania, których wyniki zaakceptowano do publikacji w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Zaprezentowane tutaj wyniki pokazują jedynie jednego z przestępców, ale skoro znaleźliśmy jednego, być może odkryjemy wielu kolejnych, w innych gromadach.dodaje.

Pierwszy “przestępca” wyśledzony przez zespół badawczy okazał się prawie 11 razy masywniejszy od Słońca. Dymiącym pistoletem, który naprowadził astronomów na ślad tej czarnej dziury był jej grawitacyjny wpływ jest okrążająca ją gwiazda o masie pięciu mas Słońca.

Astronomowie już wcześniej odnaleźli takie małe czarne dziury o masie gwiazdowej w innych galaktykach, analizując promieniowanie rentgenowskie emitowane, gdy obiekty te pochłaniają materię, albo dzięki falom grawitacyjnym generowanym, gdy czarna dziura zderza się z inną lub z gwiazdą neutronową.

informacja ESO