Fotografija sence, od koder ni vrnitve

»Na tej fotografiji prvič zremo v senco črne luknje, v območje, ki si ga ne znamo niti predstavljati. V konec časa in prostora, od koder se ne vrne niti svetloba,« so bile prve besede radioastronoma in fizika kozmičnih delcev Heina Falckeja ob predstavitvi fotografije črne luknje.

Zgodovina znanosti se bo delila na čas pred fotografijo in po njej, je bilo rečeno včeraj, ko so znanstveniki na šestih simultanih tiskovnih konferencah predstavili prelomni dosežek atrofizike – fotografijo črne luknje.



A saj vendar vsi vemo, kako je videti črna luknja. Kajne? Črna krogla na malo manj črnem ozadju, okoli nje se širi bleščeč obroč, včasih iz nje bruha snop bele svetlobe ... Zakaj potem včeraj takšen halo?
 

Prva prava stvar

Po dveletnem zbiranju podatkov s svetle strani dogodkovnega obzorja – meje, znotraj katere je gravitacija tako močna, da ji ne uide niti svetloba, so astrofiziki sestavili prvi resničen portret črne luknje – takšen, kakršnega bi videl opazovalec, če bi se po naključju znašel blizu kakšne od teh požiralk materije.



Do včeraj so bile vse podobe, tudi najbolj realistične, računalniško generirane simulacije na podlagi predvidevanj, ki izhajajo iz izračunov splošne teorije relativnosti. Fotografija črne luknje je najbolj ekstremen preizkus te Einsteinove teorije doslej.

Črne luknje upravičujejo svoje ime, saj za zunanjega opazovalca niso videti kaj prida in tudi kaj dosti ne dajo od sebe, celo svetlobe ne. A neopaznost nadomestijo s toliko burnejšimi posrednimi pojavi. Ko srkajo vase okoliško materijo, se okoli njih oblikuje akrecijski disk – skupek podivjanih trkajočih se ionov in elektronov, ki zaradi ekstremne segretosti proizvaja visokoenergetsko sevanje. Diski največjih poznanih črnih lukenj so lahko velikokrat svetlejši od vseh drugih zvezd matične galaksije skupaj.

Črne luknje se izdajo tudi z vplivom na bližnja nebesna telesa ter ukrivljanjem prostora in s tem svetlobe, ki potuje po njem. Nekatere opazimo tudi, ker iz središča emitirajo tudi močne izbruhe snovi in sevanja.



Pred dvema letoma so v mednarodni kolaboraciji observatorijev Event Horizont Telescope (EHT) začeli projekt fotografiranja črne luknje. Mreža osmih observatorijev na različnih koncih planeta je svoje zmogljive naprave usmerila v dva vesoljska objekta: Strelec A (SgrA) – nam najbližjo supermasivno črno luknjo v središču naše galaksije, ki je od nas oddaljena 26.000 svetlobnih let – ter v še večjo kozmično pošast v 53,5 milijona svetlobnih let oddaljeni galaksiji M87.
 

Kaj je na fotografiji

Masa črnih lukenj je lahko milijarde naših Sonc, a to še ne pomeni, da so velike. Nasprotno: zaradi izjemne gostote snovi so v astronomskem merilu prav majhne, zaradi česar so bili astrofiziki pri fotografiranju pred posebnim izzivom. »Črna luknja v galaksiji M87 ima premer 40 milijard kilometrov, za nas pa je bila velika kot seme v Washingtonu, ki ga opazujemo iz Bruslja,« je povedal Heino Falcke.



Do zdaj so znanstveniki večinoma opazovali akrecijski disk, tokrat pa so prvič pogledali neposredno v črno luknjo. Na fotografiji najprej pritegne pogled ozadje, ki je v resnici obroč razgretega plina in plazme v akrecijskem disku, toda veliko bolj razburljivo in osupljivo je tisto znotraj obroča: praznota oziroma črna senca, ki je pravzaprav dogodkovni horizont, fizikalna zmešnjava, ki si jo je težko predstavljal celo Albert Einstein.

Črne luknje se razlikujejo med seboj in tako je tudi z obema opazovanima: SgrA je izbirčna pri vsrkavanju okoliškega prahu in plinov ter ima kljub relativno veliki masi (4 milijone Sonc) presenetljivo temen akrecijski disk. Druga opazovanka je, nasprotno, pogoltna požiralka materije z maso 6,5 milijarde Sonc, ki ima neprimerno svetlejši akrecijski disk, oddaja pa tudi zaslepljujoč in zelo pospešen snop nabitih delcev, ki sega 5000 svetlobnih let v vesolje.

Ena od najbolj poudarjanih lastnosti črnih lukenj je požiranje okoliške snovi in na prvi pogled se ne zdi logično, da lahko materijo tudi oddajajo. »Mnoge črne luknje emitirajo snope, ki lahko segajo milijarde svetlobnih let daleč. Logično vprašanje astrofizikov je, kakšen silovit proces je v ozadju nastanka teh snopov, kaj jih poganja do takšnih razdalj. S podatki EHT smo prvič dobili vpogled v dogajanje,« je za portal Science News povedal Thomas Krichbaum z Inštituta Maxa Plancka za radioastronomijo v Bonnu. Astrofiziki si med drugim obetajo, da bodo ugotovili, od kod izvira silovit snop pospešenih delcev in kako nastane akrecijski disk.
 

Trdoživi Einstein

Poleg razkritja dogajanj ob črni luknji si raziskovalci s podatki, ki so vodili do prve fotografije, obetajo morda še večje posredne koristi. Fotografija črne luknje je tudi terenski preizkus Einsteinove teorije relativnosti in kvantnega modela. Za opis realnosti namreč potrebujemo dve teoriji, saj Einsteinova odpove v svetu subatomskih delcev, kvantna pa opisuje tako čudne pojave, da si jih v svetu velikih stvari ne morejo predstavljati in razložiti niti znanstveniki.



Fotografiranje črne luknje je zato metaforični dvoboj teorij: kot bi znanstveniki v črni ring z ekstremnimi pogoji vrgli Einsteina in nato opazovali, ali bo preživel.

Prve izjave na včerajšnji tiskovni konferenci kažejo, da je, kot tolikokrat doslej, preživel. Obliko akrecijskega prstana okoli črne luknje so znanstveniki namreč napovedali s pomočjo Einsteinove splošne teorije relativnosti. Resnični posnetek se je osupljivo natančno ujemal s predvidevanji. »Če se sprašujete, kako vemo, da je to črna luknja, vam odgovorim, da je to zato, ker se posnetek popolnoma ujema s tem, kar so napovedovale simulacije. Črna luknja je takšna, kot jo je napovedal Einsten,« je včeraj povedal italijanski astrofizik Luciano Rezzolla.
 

Kakšen pomen ima fotografija

Plus za Einsteina, vendar bi bil, protislovno, za znanstvenike darilo tudi nasproten rezultat; torej če bi v fotografiji odkrili odstopanje, ki bi končno pokazalo vrzel v teoriji in s tem pot do poenotene teorije vsega.
Rezzolla je ob koncu ovrednotil dosežek in razložil njegov temeljni pomen. »Matematični model dogodkovnega obzorja smo potrdili s fizičnim objektom, ki ga lahko po potrebi opazujemo, merimo, preizkušamo. To je prvi in osnovni korak pri potrjevanju vseh teorij.«

Da je to prelomen dosežek, se je strinjala tudi slovenska astrofizičarka Andreja Gomboc. »Ko sem za svoje doktorsko delo teoretično modelirala gibanje snovi in svetlobe blizu črnih lukenj, si nisem predstavljala, da bi lahko kmalu neposredno videli horizont črne luknje in disk snovi okoli nje. Še pred kratkim sem razlagala študentom, da črnih lukenj ne moremo videti na ta način – da bi videli njihovo senco na svetlem ozadju –, ker so enostavno premajhne. Zdaj to ne drži več. Res izjemno delo mednarodne skupine znanstvenikov, ki so radijske teleskope povezali v globalni teleskop s tako dobro kotno ločljivostjo oziroma ostrino vida, kot bi iz Pariza brali časopis v New Yorku.«



Andreja Gomboc meni, da bo posnetek prepričal tudi tistih nekaj skeptikov, ki so dvomili o obstoju črnih lukenj. »Z znanstvenega vidika je posnetek poleg tega, da dokazuje, da so masivna telesa, ki se skrivajo v središčih galaksij, res črne luknje, pomemben predvsem zato, ker kaže na možnosti, ki se odpirajo – proučevanje gravitacijskega ukrivljanja svetlobe, lastnosti snovi in strukture diskov v ekstremnih pogojih blizu črnih lukenj, določanje mase in hitrosti vrtenja črnih lukenj, preizkušanje veljavnosti Einsteinove splošne teorije relativnosti v neposredni bližini njihovega obzorja idr.