Komunikat prasowy

Astronomowie prezentują pierwszy obraz czarnej dziury w sercu naszej galaktyki

12 maja 2022

Dzisiaj, podczas jednoczesnych konferencji prasowych na całym świecie, w tym siedzibie Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) w Niemczech, astronomowie pokazali pierwszy obraz supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej. Wynik tych badań dostarcza niezwykle silnego dowodu, że obiekt ten faktycznie jest czarną dziurą i daje cenne wskazówki na temat tego, jak działają takie olbrzymy, o których uważa się, że rezydują w centrach większości galaktyk. Obraz został utworzony przez globalny zespół naukowy Teleskopu Horyzontu Zdarzeń (Event Horizon Telescope, EHT), wykorzystując obserwacje z ogólnoświatowej sieci radioteleskopów.

Obraz jest długo oczekiwanym spojrzeniem na masywny obiekt usytuowany w samym centrum naszej galaktyki. Wcześniej naukowcy obserwowali gwiazdy krążące wokół czegoś niewidocznego, zwartego i o bardzo dużej masie, położonego w centrum Drogi Mlecznej. To była bardzo mocna sugestia, że obiekt ten – znany jako Sagittarius A* (Sgr A*) — jest czarną dziurą, a dzisiejszy obraz daje pierwsze bezpośrednie potwierdzenie tej kwestii w sposób wizualny.  

Chociaż nie możemy zobaczyć samej czarnej dziury, ponieważ jest całkowicie ciemna, to świecący gaz wokół niej ujawnia charakterystyczną sygnaturę: ciemny centralny obszar (zwany cieniem) otoczony przez jasną strukturę podobną do pierścienia. Widok okazuje światło zakrzywione przez potężną grawitację czarnej dziury, która jest cztery miliony razy masywniejsza od Słońca.

„Jesteśmy oszołomieni tym, jak dobrze rozmiar pierścienia zgadza się z przewidywaniami ogólnej teorii względności Einsteina” powiedział naukowiec z projektu EHT, Geoffrey Bower z Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica, Taipei. „Te bezprecedensowe obserwacje znacznie poprawiły zrozumienie tego, co dzieje się w samym centrum naszej galaktyki i dają nowy wgląd w interakcje olbrzymiej czarnej dziury z otoczeniem.” Wyniki zespołu EHT zostały opublikowane dzisiaj w specjalnym wydaniu The Astrophysical Journal Letters.

Czarna dziura znajduje się około 27 000 lat świetlnych od Ziemi, dlatego wydaje się nam tej samej wielkości na niebie, jaką miałby pączek lężący na Księżycu. Aby uzyskać jej obraz, zespół utworzył potężny teleskop EHT, łączący razem osiem istniejących obserwatoriów radiowych na całej planecie w pojedynczy wirtualny teleskop o rozmiarach Ziemi [1]. EHT obserwował Sgr A* w ciągu wielu nocy w 2017 roku, zbierając dane przez wiele godzin pod rząd, podobnie jak to jest w przypadku długich czasów ekspozycji w kamerach.

Oprócz innych instrumentów, sieć EHT obserwatoriów radiowych obejmuje: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) i Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) na pustyni Atakama w Chile, które są współwłasnością i są współprowadzone przez ESO w imieniu krajów członkowskich z Europy. Europa daje wkład w obserwacje EHT także przy pomocy innych obserwatoriów radiowych — 30-metrowy teleskop IRAM w Hiszpanii oraz od 2018 roku NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) we Francji — jak również superkomputer do łączenia danych EHT utrzymywany w Max Planck Institute for Radio Astronomy w Niemczech. Co więcej, Europa wniosła wkład finansowy w konsorcjum EHT poprzez granty Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych oraz Max Planck Society w Niemczech.

„To bardzo ekscytujące dla ESO, że odgrywa tak istotną rolę w odkrywaniu tajemnic czarnych dziur, a w szczególności Sgr A*, przez tak wiele lat,” skomentował Xavier Barcons, Dyrektor Generalny ESO. „ESO nie tylko wniosło wkład w obserwacje EHT poprzez urządzenia ALMA i APEX, ale pozwolilo także, razem z innymi obserwatoriami w Chile, na wykonanie wcześniejszych przełomowych obserwacji centrum galaktyki.” [2]

Osiągnięcie uzyskane przez EHT jest następnym po publikacji w 2019 roku pierwszego obrazu czarnej dziury M87* w centrum bardziej odległej galaktyki Messier 87. 

Obie te czarne dziury są znacząco podobne, pomimo iż czarna dziura naszej galaktyki jest ponad tysiąc razy mniejsza i mniej masywna niż w przypadku M87* [3]. “Mamy dwa zupełnie różne typy galaktyk i dwie zupełnie rożne masy czarnych dziur, ale w pobliżu brzegów tych czarnych dziur wyglądają one niesamowicie podobnie” mówi Sera Markoff, współprzewodnicząca Rady Naukowej EHT, profesor astrofizyki teoretycznej na University of Amsterdam w Holandii. “Mówi to nam, że ogólna teoria względności rządzi tymi obiektami z bliska, a jakiekolwiek różnice, które widzimy dalej, muszą wynikać z różnic w materii, która otacza czarne dziury.”

Opisywane osiągnięcie było znacznie trudniejsze niż dla M87*, pomimo iż Sgr A* jest znacznie bliżej nas. Chi-kwan (‘CK’) Chan, naukowiec EHT ze Steward Observatory i Department of Astronomy and the Data Science Institute of the University of Arizona, USA, wyjaśnia: “Gaz w pobliżu czarnej  dziury porusza się z tą samą prędkością — prawie tak szybko jak światło — zarówno wokół Sgr A* jak i M87*. Okrążenie M87* zajmuje mu od dni do tygodni, a w znacznie mniejszej Sgr A* przebiegnięcie całej orbity dzieje się w zaledwie kilka minut. Oznacza to, że jasność i struktury gazu wokół Sgr A* zmieniały się gwałtownie, gdy obserwował je EHT. To trochę tak, jak próba uzyskania wyraźnego zdjęcia szczeniaka szybko goniącego za swoim ogonem.”

Naukowcy musieli opracować wyszukane nowe narzędzia, które brały pod uwagę ruchy gazu wokół Sgr A*. W przeciwieństwie do Sgr A*, przypadek M87* był łatwiejszy – był to stabilniejszy cel, z prawie wszystkimi obrazami wyglądającymi tak samo. Obraz czarnej dziury Sgr A* jest uśrednieniem różnych obrazów wyodrębnionych przez badaczy, ostatecznie ukazując po raz pierwszy olbrzyma czającego się w centrum naszej galaktyki.

Wysiłek był możliwy dzięki pomysłowości ponad 300 naukowców z 80 instytutów z całego świata, wspólnie tworzących EHT. Oprócz rozwijania skomplikowanych narzędzi do przezwyciężenia wyzwań w obrazowaniu Sgr A*, zespół pracował rygorystycznie przez pięć lat, korzystając z superkomputerów do łączenia i analizy danych, w ramach kompilacji bezprecedensowej biblioteki symulowanych czarnych dziur, aby porównać je z obserwacjami.

Naukowcy są szczególnie podekscytowani tym, że ostatecznie mają obrazy dwóch czarnych dziur o bardzo różnych rozmiarach, co daje okazję do zrozumienia, w jaki sposób są podobne i czym się różnią. Zaczęto także wykorzystywać nowe dane do testowania teorii i modeli zachowania gazu wokół supermasywnych czarnych dziur. Proces ten nie jest jeszcze w pełni zrozumiany, ale uważa się, iż odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu formowania się i ewolucji galaktyk.

„Teraz możemy badać różnice pomiędzy dwoma supermasywnymi dziurami, aby uzyskać nowe cenne wskazówki, jak działa ten ważny proces” powiedział Keiichi Asada z Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica, Taipei, naukowiec projektu EHT. „Mamy zdjęcia dwóch czarnych dziur – jednej z górnego, a drugiej z dolnego krańca supermasywnych czarnych dziur we Wszechświecie – możemy więc pójść dużo dalej niż do tej pory w testowaniu, jak grawitacja zachowuje się w ekstremalnych środowiskach."

W projekcie EHT trwa progres: duża kampania obserwacyjna w marcu 2022 roku obejmowała więcej teleskopów niż wcześniej. Trwające rozszerzenie sieci EHT i istotne technologiczne modernizacje pozwolą naukowcom na uzyskanie niedługo jeszcze bardziej imponujących obrazów, a także filmów pokazujących czarną dziurę.

Uwagi

[1] Teleskopy zaangażowane w obserwacje EHT przeprowadzone w kwietniu 2017 roku: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), IRAM 30-meter Telescope, James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano (LMT), Submillimeter Array (SMA), UArizona Submillimeter Telescope (SMT), South Pole Telescope (SPT). Od tamtej pory do sieci EHT dodano: Greenland Telescope (GLT), NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) oraz UArizona 12-meter Telescope na Kitt Peak. 

ALMA działa jako partnerstwo pomiędzy Europejskim Obserwatorium Południowym (ESO; reprezentujące swoje kraje czlonkowskie), amerykańską National Science Foundation (NSF) oraz japońskim National Institutes of Natural Sciences (NINS), razem z kanadyjską National Research Council, tajwańskim Ministry of Science and Technology (MOST), tajwańskim Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA), koreańskim Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI), we współpracy z Chile. Joint ALMA Observatory jest zarządzane przez ESO, Associated Universities, Inc./National Radio Astronomy Observatory (AUI/NRAO) oraz National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). APEX to efekt współpracy pomiędzy Max Planck Institute for Radio Astronomy (Niemcy), Onsala Space Observatory (Szwecja) i ESO, jest zarządzany przez ESO. 30-meter Telescope jest zarządzany przez IRAM (organizacjami partnerskimi IRAM Partner Organizations są MPG [Niemcy], CNRS [Francja] i IGN [Hiszpania]). JCMT jest zarządzany przez East Asian Observatory w imieniu The National Astronomical Observatory of Japan; ASIAA; KASI; National Astronomical Research Institute of Thailand; Center for Astronomical Mega-Science oraz organizacji w Wielkiej Brytanii i Kanadzie. LMT jest zarządzany przez INAOE i UMass, SMA jest zarządzane przez Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian oraz ASIAA, natomiast UArizona SMT jest zarządzany przez University of Arizona. SPT jest zarządzany przez University of Chicago, ze specjalistycznymi instrumentami EHT dostarczonymi przez University of Arizona.

Greenland Telescope (GLT) jest zarządzany przez ASIAA oraz Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO). GLT jest częścią projektu ALMA-Taiwan i jest wspierany przez Academia Sinica (AS) oraz MOST. NOEMA jest zarządzana przez IRAM, z kolei 12-metrowy teleskop UArizona na Kitt Peak jest zarządzany przez University of Arizona.

[2] Mocną podstawę dla interpretacji prezentowanego zdjęcia dostarczyły wcześniejsze badania Sgr A*. Od lat 70. astronomowie znali jasne, gęste radioźródło w centrum Drogi Mlecznej w kierunku gwiazdozbioru Strzelca. Dzięki pomiarom orbit gwiazd bardzo blisko naszego galaktycznego centrum przez okres 30 lat, zespołowi, którym kierowali Reinhard Genzel (Dyrektor Max–Planck Institute for Extraterrestrial Physics w Garching koło Monachium) oraz Andrea M. Ghez (Profesor w Department of Physics and Astronomy na University of California, Los Angeles, USA), naukowcy byli w stanie wywnioskować, że najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest obiekt o masie i gęstości supermasywnej czarnej dziury. Urządzenia ESO (w tym Bardzo Duży Teleskop (VLT) i Interferometr Bardzo Dużego Teleskopu (VLTI)), a także Keck Observatory były wykorzystane do przeprowadzenia tych badań, za które w roku 2020 przyznano przyznano Nagrodę Nobla z fizyki. 

[3] Czarne dziury są jedynymi znanymi obiektami, u których masa jest wprost proporcjonalna do rozmiaru. Czarna dziura tysiąc razy mniejsza niż inna, będzie też tysiąc razy mniej masywna.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w sześciu artykułach opublikowanych dzisiaj w The Astrophysical Journal Letters. 

Współpraca EHT obejmuje ponad 300 naukowców z Afryki, Ameryki Północnej, Ameryki Południowej, Azji i Europy. Celem międzynarodowej współpracy jest uzyskanie najbardziej szczegółowych obrazów czarnej dziury poprzez utworzenie wirtualnego teleskopu o rozmiarach Ziemi. EHT, wsparte znacznymi międzynarodowymi wysiłkami, łączy istniejące teleskopy przy pomocy nowatorskich technik – tworząc fundamentalnie nowy instrument o najwyższej kątowej zdolności rozdzielczej, którą kiedykolwiek osiągnięto.

Konsorcjum EHT składa się z 13 instytutów: Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, University of Arizona, Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, University of Chicago, East Asian Observatory, Goethe-Universitaet Frankfurt, Institut de Radioastronomie Millimétrique, Large Millimeter Telescope, Max Planck Institute for Radio Astronomy, MIT Haystack Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, Perimeter Institute for Theoretical Physics oraz Radboud University. 

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) jest międzynarodowym kompleksem badawczym w ramach partnerstwa pomiędzy ESO, U.S. National Science Foundation (NSF) oraz National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan, we współpracy z Chile. ALMA jest finansowana przez ESO w imieniu Krajów Członkowskich, przez NSF we współpracy z National Research Council of Canada (NRC) i National Science Council of Taiwan (NSC) oraz przez NINS we współpracy z Academia Sinica (AS) na Tajwanie i Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). Budowa i zarządzanie ALMA są kierowane przez ESO w imieniu Krajów Członkowskich, przez National Radio Astronomy Observatory (NRAO), zarządzane przez Associated Universities, Inc. (AUI), w imieniu Ameryki Północnej oraz przez National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) w imieniu Azji Wschodniej. Joint ALMA Observatory (JAO) umożliwia zunifikowane kierowanie i zarządzanie budową, testowaniem i działaniem ALMA.

Atacama Pathfinder Experiment (APEX) to teleskop o 12-metrowej średnicy, działający na falach milimetrowych i submilimetrowych — pomiędzy zakresem podczerwonym, a falami radiowymi. ESO kieruje teleskopem APEX w jednym z najwyżej położonych obserwatoriów na Ziemi, na wysokości 5100 metrów n.p.m., na płaskowyżu Chajnantor w chilijskim regionie Atacama. Teleskop jest efektem współpracy pomiędzy Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR), Onsala Space Observatory (OSO) oraz ESO. 

Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) umożliwia naukowcom z całego świata na odkrywanie tajemnic Wszechświata z korzyścią dla nas wszystkich. Projektujemy, budujemy i zarządzamy światowej klasy obserwatoriami naziemnymi – których astronomowie używają do odpowiadania na ciekawe pytania i szerzenia fascynacji astronomią – a także promujemy międzynarodową współpracę w astronomii. Ustanowione w 1962 roku jako organizacja międzynarodowa, ESO jest wspierane przez 16 krajów członkowskich (Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Irlandia, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy), a także Chile jako kraj gospodarz, oraz Australię jako strategicznego partnera. Siedziba ESO, a także jego centrum popularyzacji nauki i planetarium (ESO Supernova) znajdują się w pobliżu Monachium w Niemczech, natomiast chilijska pustynia Atakama – niesamowite miejsce z wyjątkowymi warunkami do obserwacji nieba – jest domem dla naszych teleskopów. ESO zarządza trzema lokalizacjami obserwacyjnymi w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope – Bardzo Duży Teleskop) oraz dwa teleskopy do przeglądów nieba. VISTA pracuje w podczerwieni, VLT Survey Telescope w zakresie widzialnym. W Paranal ESO zarządza także południowym obserwatorium CTA (Cherenkov Telescope Array South) – największym na świecie i najbardziej czułym obserwatorium promieniowania gamma. Wspólnie z międzynarodowymi partnerami ESO zarządza także radioteleskopami APEX i ALMA, które są instrumentami do obserwacji nieba w zakresach milimetrowym i submilimetrowym. Na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, budujemy „największe oko świata na niebo”, czyli Ekstremalnie Wielki Teleskop (Extremely Large Telescope, ELT). Nasza działalność w Chile jest zarządzania z biur ESO w Santiago, gdzie współpracujemy też z chilijskimi partnerami.

Linki

• Artykuły główne: 
  • I: The Shadow of the Supermassive Black Hole in the Center of the Milky Way
  • II: EHT and Multi-wavelength Observations, Data Processing, and Calibration
  • III: Imaging of the Galactic Center Supermassive Black Hole
  • IV: Variability, Morphology, and Black Hole Mass
  • V: Testing Astrophysical Models of the Galactic Center Black Hole
  • VI: Testing the Black Hole Metric
• Artykuły dodatkowe:
  • VII: Selective Dynamical Imaging of Interferometric Data
  • VIII: Millimeter Light Curves of Sagittarius A* Observed during the 2017 Event Horizon Telescope Campaign
  • IX: A Universal Power Law Prescription for Variability from Synthetic Images of Black Hole Accretion Flows
  • X: Characterizing and Mitigating Intraday Variability: Reconstructing Source Structure in Accreting Black Holes with mm-VLBI
• Strona internetowa EHT w ESO
• Witryna internetowa oraz komunikat prasowy EHT
• Zdjęcia ALMA 
• Zdjęcia APEX

Kontakt

Geoffrey Bower
EHT Project Scientist, Institute of Astronomy and Astrophysics, Academic Sinica, Taipei and University of Hawaiʻi at Mānoa, US
Tel.: +1-808-961-2945
E-mail: gbower@asiaa.sinica.edu.tw

Huib Jan van Langevelde
EHT Project Director, JIVE and University of Leiden
Leiden, The Netherlands
Tel.: +31-521-596515
E-mail: huib.van.langevelde@me.com

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6670
Tel. kom.: +49 151 241 664 00
E-mail: press@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych