Czarna dziura w centrum galaktyki Messier 87 należy do najważniejszych zaobserwowanych obiektów astrofizycznych. To właśnie ona stała się pierwszym celem projektu Event Horizon Telescope (EHT), który w 2017 roku uchwycił jej historyczny obraz.
EHT to międzynarodowy projekt badawczy, który łączy sieć radioteleskopów rozsianych po całej Ziemi, tworząc wirtualny teleskop o średnicy naszej planety. Dzięki tej technologii możliwe jest uzyskanie wyjątkowo wysokiej rozdzielczości obrazów obiektów znajdujących się w pobliżu horyzontu zdarzeń czarnych dziur.
Nowe badania przeprowadzone na podstawie danych zebranych w latach 2017 i 2018 rzucają jeszcze więcej światła na jej niezwykłe właściwości. Naukowcy odkryli, że dysk akrecyjny – wirujący pierścień materii wokół czarnej dziury – jest znacznie bardziej dynamiczny i burzliwy, niż wcześniej przypuszczano. Co więcej, analiza nowych danych wskazuje, że zmiany te są kluczowe dla zrozumienia wpływu czarnych dziur na ewolucję galaktyk.
Zmienność w czasie: co ujawniły nowe obserwacje?
Analiza danych zebranych w kolejnych latach pozwoliła badaczom zauważyć istotne zmiany w jasności i strukturze dysku akrecyjnego. W szczególności najjaśniejszy fragment pierścienia przesunął się o 30 stopni w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. To kluczowe odkrycie potwierdza, że gaz opadający na czarną dziurę może poruszać się w kierunku przeciwnym do jej rotacji, co prowadzi do wzmożonej turbulencji w jej otoczeniu. Oznacza to, że mechanizmy akrecji są bardziej złożone, niż dotychczas zakładano, a materia krążąca wokół M87* podlega dynamicznym zmianom, które wpływają na sposób jej pochłaniania przez czarną dziurę.
Dzięki wykorzystaniu nowej biblioteki symulacji komputerowych, obejmującej ponad 120 tysięcy dodatkowych obrazów w porównaniu do wcześniejszych analiz, naukowcy potwierdzili, że oś obrotu M87* jest nachylona w taki sposób, że biegun południowy czarnej dziury jest skierowany w stronę Ziemi. Potwierdza to wcześniejsze przypuszczenia dotyczące orientacji czarnej dziury i jej wpływu na otaczającą materię. Dodatkowo, zaawansowane modele pozwoliły lepiej oszacować masę tego obiektu – wynosi ona około 6,5 miliarda mas Słońca.
Burzliwe otoczenie czarnej dziury
Plazma krążąca wokół M87* zachowuje się w sposób niezwykle dynamiczny. Badania wykazały, że struktura akrecyjnego pierścienia jest pod ciągłym wpływem silnych pól magnetycznych oraz fal uderzeniowych, które prowadzą do okresowych zmian w rozkładzie jasności. Obserwacje te są zgodne z teoretycznymi modelami akrecji, przewidującymi niestabilności w przepływie gazu opadającego na czarną dziurę. Wskazują również, że emisja radiowa rejestrowana przez EHT może zmieniać się w czasie w wyniku tych dynamicznych procesów.
Profesor Hung-Yi Pu z National Taiwan Normal University podkreśla znaczenie tych odkryć – Środowisko akrecyjne czarnych dziur jest niezwykle burzliwe i zmienne. Możliwość analizy zmian w czasie pozwala nam lepiej zrozumieć mechanizmy rządzące tymi ekstremalnymi obiektami.
Doktor Eduardo Ros z Instytutu Maxa Plancka dodał – Badanie podkreśla ewolucyjną naturę struktur plazmowych w pobliżu horyzontu zdarzeń, oferując wskazówki dotyczące mechanizmów zmienności, które rządzą środowiskami czarnych dziur.
Techniki obserwacyjne i przyszłe badania
Analizy oparto na zdjęciach wykonanych przez Event Horizon Telescope, wspomnianą już międzynarodową sieć radioteleskopów rozmieszczonych na całej planecie. Dzięki temu możliwe było zaobserwowanie szczegółów struktury pierścienia wokół M87* na poziomie mikrosekund kątowych, co odpowiada obserwacji obiektu o wielkości monety znajdującej się na Księżycu.
Nowe badania oparte na danych z 2017 i 2018 roku pozwalają także lepiej określić, w jaki sposób zmiany w akrecji mogą wpływać na dżety plazmy wyrzucane przez supermasywne czarne dziury. Te wysokoenergetyczne strumienie mogą rozciągać się na dziesiątki tysięcy lat świetlnych i oddziaływać na ewolucję całych galaktyk. Wciąż jednak pozostaje wiele niewiadomych dotyczących ich dokładnego mechanizmu powstawania.
Potwierdzenie teorii i nowe wyzwania
Pierwszy obraz M87* z 2017 roku był zgodny z przewidywaniami ogólnej teorii względności Einsteina, a kolejne obserwacje potwierdzają, że model ten dobrze opisuje zachowanie materii w pobliżu horyzontu zdarzeń. Nowa analiza pozwala lepiej zrozumieć procesy odpowiedzialne za obserwowane zmiany w jasności pierścienia i ukierunkowanie przepływu materii.
Dr León Sosapanta Salas z Uniwersytetu Amsterdamskiego wyjaśnia – Gaz może opadać na czarną dziurę w zgodzie z jej rotacją lub w kierunku przeciwnym. Nasze dane wskazują, że w przypadku M87 bardziej prawdopodobny jest ten drugi scenariusz, co potwierdza przewidywania teoretyczne dotyczące silnie turbulentnych środowisk akrecyjnych.
Analiza modelowania dynamiki pierścienia wokół M87* sugeruje, że takie niestabilności mogą być kluczowe dla formowania się dżetów – potężnych strumieni plazmy wyrzucanych w przestrzeń kosmiczną.
Obecnie trwają badania nad danymi z 2021 i 2022 roku, które mają dostarczyć jeszcze dokładniejszych informacji o ewolucji struktury akrecyjnej i umożliwić naukowcom głębsze zrozumienie wpływu turbulencji na przepływ plazmy w pobliżu horyzontu zdarzeń.
Przyszłość badań nad czarnymi dziurami
Badania M87* mają ogromne znaczenie dla astrofizyki, gdyż pozwalają na coraz dokładniejsze testowanie teorii dotyczących czarnych dziur i ich wpływu na otaczającą materię. Kolejne lata przyniosą nowe obserwacje i bardziej zaawansowane symulacje, co umożliwi jeszcze głębsze zrozumienie dynamiki tych niezwykłych obiektów.
Projekt EHT kontynuuje zbieranie danych, co otwiera drogę do przyszłych odkryć. Dzięki rosnącej rozdzielczości obrazowania i postępom w modelowaniu teoretycznym, naukowcy mają nadzieję, że uda się nie tylko lepiej zrozumieć czarne dziury, ale także ich wpływ na ewolucję galaktyk i całego Wszechświata.
źródło: livescience.com, eventhorizontelescope.org, space.com
