Dlhá, starostlivá práca vedcov z celého sveta priniesla prvý priamy obraz horizontu udalostí čiernej diery, supermasívnej príšery zvanej M87.
Tento obrázok potvrdil mnoho našich predstáv o čiernych dierach.
Veda sa však nezastavila, keď prišla fotografia. Vedci vykonali výpočty na základe toho, čo sa dozvedeli o M87, v kombinácii so všeobecnou relativitou, aby ďalej predpovedali, ako jedného dňa tieto objekty uvidíme podrobne.
Čierne diery sú neuveriteľne gravitačne intenzívne. Nielen, že sú také masívne, že aj rýchlosť svetla je príliš nízka na to, aby sa zabránilo gravitačnému ťahu, ale tiež ohýbajú cestu svetla okolo seba, za horizont udalostí.
Ak sa prechádzajúci fotón príliš priblíži, bude na obežnej dráhe okolo čiernej diery. Tak sa vytvorí takzvaný „fotonický krúžok“ alebo „fotónová sféra“, dokonalý kruh svetla, o ktorom sa predpokladá, že obklopí čiernu dieru pozdĺž vnútorného okraja akrečného disku, ale mimo horizont udalostí.
Je tiež známa ako najstabilnejšia vnútorná obežná dráha a môžete ju vidieť na obrázku nižšie, ktorý vytvoril astrofyzik Jean-Pierre Luminet v roku 1978.
(Jean-Pierre Luminet)
Modely prostredia čiernej diery naznačujú, že fotonický prstenec by mal vytvárať zložitú subštruktúru zloženú z nekonečných prstencov svetla – trochu ako efekt, ktorý vidíte v nekonečnom zrkadle.
„Obrázok čiernej diery v skutočnosti obsahuje sériu vnorených prstencov,“ vysvetlil astrofyzik Michael Johnson z Harvard-Smithsonianovho centra pre astrofyziku.
„Každý nasledujúci prsteň má zhruba rovnaký priemer, ale stáva sa čoraz„ ostrejším “, pretože jeho svetlo sa niekoľkokrát točí okolo čiernej diery, kým sa dostane k pozorovateľovi.“
(Event Horizon Telescope)
Na tejto historicky prvej fotografii M87 (hore) vidíme akrečný disk – svetielkujúci kúsok oranžovo-zlatej farby. Čierna časť v strede je tieňom čiernej diery. V skutočnosti nemôžeme vidieť fotónovú guľu, pretože rozlíšenie nie je dosť vysoké na to, aby bolo možné ju rozoznať, ale musí byť umiestnené pozdĺž okraja tieňa čiernej diery.
Ak by sme to videli, potom nám tento prsteň povie veľmi dôležité veci o čiernej diere. Veľkosť prstenca nám môže povedať hmotnosť, veľkosť a rýchlosť čiernej diery. Môžeme ich identifikovať z akrečného disku, ale fotónový krúžok by nám umožnil ďalšie obmedzenie údajov pre presnejšie merania.
„Každý prstenec pozostáva z fotónov, ktoré sú šošovkou nasmerované na obrazovku pozorovateľa potom, čo boli zhromaždené fotonickou škrupinou z ľubovoľného miesta vo vesmíre,“ píšu vedci vo svojom príspevku.
Preto v idealizovanom prostredí bez absorpcie obsahuje každý prstenec samostatný exponenciálne skreslený obraz celého vesmíru, pričom každý ďalší prstenec zachytáva viditeľný vesmír. Spoločne je sada podobná filmovým záberom, ktoré zachytávajú históriu viditeľného vesmíru pri pohľade z čiernej diery. “
Johnson a jeho tím teda pomocou simulácií určili, či je možné pri budúcich pozorovaniach zistiť fotónové prstence. Zistili, že by sa to dalo zvládnuť, aj keď by to nebolo ľahké.
Záber modelu M87 bol vynaliezavosťou a spoluprácou. Teleskopy po celom svete spolupracovali na vytvorení veľmi dlhého základného interferometra nazývaného ďalekohľad udalostí, kde je možné vypočítať presné vzdialenosti a časové rozdiely medzi ďalekohľadmi v rade, aby sa ich pozorovania zlepili. Je to – veľmi, veľmi jednoduché – ako mať jeden ďalekohľad veľkosti Zeme.
“Čo nás skutočne prekvapilo, je to, že vnorené prstence sú takmer neviditeľné voľným okom na snímkach – dokonca aj na dokonalých snímkach -, ale sú to silné a jasné signály pre polia ďalekohľadov nazývané interferometre,” uviedol Johnson.
Štúdia bola publikovaná v časopise Science Advances.
Zdroje: Foto: Fotóny obiehajúce okolo čiernej diery. (Nicole R. Fuller / NSF)
