Takto vypadá první snímek černé díry v srdci naší Galaxie

Přinášejí také významné poznatky o fungování těchto kosmických gigantů, o kterých se soudí, že sídlí v jádrech většiny galaxií. Snímek vytvořili odborníci celosvětového vědeckého týmu ‚Event Horizon Telescope Collaboration‘ na základě dat pořízených globální sítí radioteleskopů sdružených pod hlavičkou EHT.

Vědci po dlouhá léta sledují hvězdy obíhající kolem neviditelného, kompaktního a velmi hmotného tělesa ležícího v centru naší Galaxie. Na základě těchto pozorování usoudili, že objekt označovaný Sagittarius A* by pravděpodobně mohl být černou dírou. Prezentovaný snímek přináší dlouho očekávaný pohled, který je prvním přímým vizuálním důkazem správnosti této domněnky. 

Související

Martin Pokorný

Opavští fyzikové měří „obezitu“ neutronových…

Lukáš Bauer

Již v pondělí nastane částečné zatmění Měsíce…

Vzhledem k tomu, že černá díra je zcela temná, nemůžeme ji spatřit přímo. Zářící plyn okolo však odhaluje neklamné známky její přítomnosti: temnou centrální oblast označovanou jako stín černé díry a jasný prstenec kolem. Záběr zachycuje paprsky světla zakřivené v silném gravitačním poli černé díry, která je 4milionkrát hmotnější než Slunce.   

„Byli jsme překvapeni, jak dobře souhlasí pozorovaná velikost prstence s předpovědí Einsteinovy obecné teorie relativity,“ říká Geoffrey Bower, vědecký pracovník projektu EHT. „Tato bezprecedentní pozorování výrazně zlepšila naše chápání dějů, které se odehrávají v samotném centru naší Galaxie, a přinášejí nový pohled na interakci obřích černých děr s okolím.“ Výsledky práce týmu EHT byly zveřejněny ve speciálním čísle časopisu Astrophysical Journal Letters.   

Jelikož se černá díra nachází 27 tisíc světelných let od Země, má na obloze asi stejnou úhlovou velikost jako donut na povrchu Měsíce. Aby ji bylo možné zobrazit, vytvořili vědci výkonný superteleskop EHT, který propojil osm existujících radioteleskopů na celé planetě. Vznikl tak unikátní virtuální dalekohled o průměru srovnatelném se Zemí. EHT sledoval objekt Sagittarius A* po několik nocí během roku 2017 a sbíral data po mnoho hodin, tedy způsobem, který se podobá pořizování fotografií s velmi dlouhou expozicí.  

Kromě jiných zařízení se do sestavy EHT zapojili také observatoř ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) a teleskop APEX (Atacama Pathfinder Experiment) pracující v poušti Atacama v Chile, jejichž spoluvlastníkem a spoluprovozovatelem je ESO zastupující své členské státy z Evropy. Na projektu EHT se však podílí i další evropské vědecké instituce se svými přístroji: 30m radioteleskop IRAM ve Španělsku a od roku 2018 také pole antén NOEMA (NOrthern Extended Millimeter Array) ve Francii. Superpočítač, který byl použit ke kombinaci dat získaných EHT, sídlí v Max Planck Institute for Radio Astronomy v Německu. Evropa se podílela také na financování projektu konsorcia EHT a to prostřednictvím grantů European Research Council a Max Planck Society v Německu.    

„Je úžasné, že ESO hrála po mnoho uplynulých let takto významnou roli při odhalování tajemství černých děr a především objektu Sgr A*,“ konstatuje Xavier Barcons, generální ředitel ESO. „ESO přispěla k výsledkům EHT nejen pozorováním pomocí ALMA a APEX, ale v minulosti – prostřednictvím svých dalších observatoří v Chile – také řadou dílčích průlomových objevů v centru Galaxie.“   

Tento úspěch projektu EHT navazuje na první snímek černé díry zveřejněný v roce 2019, která se nachází v centru galaxie M87 a vědci ji dnes označují M87*.  

Tyto dva objekty jsou si velmi podobné, a to přesto, že černá díra ve středu naší Galaxie je více než 1000krát menší a méně hmotná než M87*. „Máme zde dva různé typy galaxií a dvě černé díry s velmi rozdílnou hmotností, přesto jsou si poblíž okraje překvapivě podobné,“ upozorňuje profesorka Sera Markoff. „To znamená, že při pohledu zblízka řídí jejich chování obecná relativita a odlišnosti pozorovatelné ve větších vzdálenostech musí být důsledkem rozdílných vlastností hmoty, která černé díry obklopuje.“   

Dosáhnout tohoto výsledku však bylo o poznání obtížnější než v případě M87*, a to přesto, že objekt Sgr A* je mnohem blíže k nám. Vědecký pracovník týmu EHT Chi-kwan Chan vysvětluje: "Plyn v blízkosti černých děr, jak v jádře galaxie M87 tak v případě Sgr A*, se pohybuje stejnou rychlostí – téměř rychlostí světla. Ale zatímco v případě M87* mu jeden oběh trvá dny až týdny, u mnohem menší Sgr A* jsou to sotva minuty. To znamená, že jasnost a rozložení plynu kolem Sgr A* se měnily během pozorování EHT velmi rychle – bylo to trochu jako pořídit ostrou fotku štěněte honícího si svůj vlastní ocásek."  

Vědci proto museli vyvinout sofistikované nástroje, které berou v úvahu pohyb plynu kolem černé díry Sgr A*. Zatímco M87* byla snadnějším, stabilnějším cílem, kde téměř všechny snímky vypadaly úplně stejně, v případě Sgr A* byla situace úplně jiná. Záběr zachycující Sgr A* je tak průměrem různých snímků, které členové týmu zvolili, aby poprvé zviditelnili obra obývajícího střed naší galaxie.   

Podařilo se to díky úsilí více než 300 vědců z 80 institucí celého světa, kteří společně tvořili tým EHT Collaboration. Kromě vývoje složitých nástrojů umožňujících překonat nástrahy zobrazování objektu Sgr A* členové týmu pět let usilovně využívali superpočítače ke skládání a analýze získaných dat a vytvářeli unikátní knihovnu simulovaných obrazů černých děr, které porovnali s pozorováním.   

Vědci jsou především nadšeni z toho, že konečně mají k dispozici snímky dvou černých děr zcela rozdílných hmotností, což přináší příležitost pochopit, v čem jsou srovnatelné a v čem rozdílné. Začali rovněž využívat data k testování teorií a modelů chování plynu kolem superhmotných černých děr. Tyto procesy totiž nejsou zcela pochopeny, i když se předpokládá, že hrají klíčovou roli při vzniku a vývoji galaxií. 

"Nyní můžeme zkoumat rozdíly mezi těmito dvěma černými děrami a získat nové poznatky o tom, jak tyto důležité procesy probíhají," dodává Keiichi Asada, vědecký pracovník EHT. "Máme k dispozici snímky dvou různě velkých superhmotných černých děr vyskytujících se ve vesmíru - jedné velké a druhé, v měřítcích těchto objektů, malé. Můžeme tak výrazně pokročit při testování chování gravitace v extrémních podmínkách." 

Zdroj: ESO, EHT