Crne rupe bude maštu i nerijetko imaju bitnu ulogu u djelima znanstvene fantastike. Kako i ne bi kad „usisavaju“ i „zarobljuju“ sve što se nađe u njihovoj blizini, čak i svjetlost. Njihova gravitacija toliko je jaka da bi plimnim silama bilo koje veće tijelo u svojoj blizini s lakoćom špagetificirale (odnosno izdužile i stanjile), a vrijeme kraj njih sporije teče.

Crne rupe mogu se opisati kao dio prostor-vremena u kojemu je gravitacija toliko jaka da joj ni svjetlost ne može „pobjeći“. Riječ je o pojavi u kojoj se vrlo velika masa nalazi u beskonačno malom prostoru, koji nazivamo singularitetom. Sve što prijeđe obzor crne rupe, pada u singularitet, a veličinu crne rupe određujemo njezinim obzorom te masom koja je sadržana u singularitetu.

Prostor-vrijeme toliko je iskrivljeno oko crne rupe da svjetlost s njezine stražnje strane u odnosu na opažača katkada putuje do opažača umjesto od njega. Slika crne rupe može se zamisliti kao pojava koju promatramo u iskrivljenome zrcalu u kojemu bismo vidjeli stražnji dio vlastite glave.

Crna rupa u središtu naše galaksije

U središtu naše galaksije Mliječni put koja se nalazi u radiovalnom izvoru koji nazivamo Strijelac A*) nalazi se supermasivna crna rupa. Za otkriće toga zbijenog supermasivnog tijela u središtu naše galaksije, Andrei Ghez i Reinhardu Genzelu. 2020. godine dodijeljena je polovica Nobelove nagrade za fiziku.

Masa supermasivne crne rupe u središtu Mliječnoga puta otprilike je četiri milijuna puta veća od mase našega Sunca. No, bez brige, ta crna rupa neće nas usisati jer se nalazimo na vrlo sigurnoj udaljenosti od nje – otprilike 27 tisuća svjetlosnih godina. Kada bismo htjeli razlučiti blisko okruženje takve crne rupe trebao bi nam teleskop veličine Zemlje! Taj teleskop bio bi tako snažan da bi mogao razlučiti uštipak na Mjesecu. „Nemoguće“ – možda ćete reći, ali bit ćete u krivu: to ne samo da je moguće, nego je i ostvareno kroz projekt koji se naziva Event Horizon Telescope.

Projekt Event Horizon Telescope

Najbolja razlučivost u astronomiji se (tradicionalno) može postići radiovalnim teleskopima, odnosno antenama. Razlog tomu je što se više radiovalnih antena može umrežiti  u skup tako da se radiovalno zračenje prikupljeno na svakoj anteni može spojiti s onim prikupljenim na svim ostalim antenama u skupu. Opažamo li određeni izvor, primjerice središte naše galaksije Strijelac A*, svaka antena zaprimit će radiovalno zračenje odnosno elektromagnetske valove s odabranog izvora. Kad se spoje bregovi valova, signal se pojačava, a kad se spoje bregovi i dolovi valova, signal se poništava – to u fizici nazivamo interferencijom i metode opažanja temeljene na tom principu zovemo interferometrijskima.

Što je više antena u skupu to će krajnja fotografija biti jasnija. A što su krajnje antene u skupu udaljenije to je bolja razlučivost u konačnoj fotografiji. Za razvoj ove metode opažanja 1974. godine dodijeljena je polovica Nobelove nagrade Siru Martinu Ryleu.

Veličina interferometrijskih metoda opažanja leži u tome da se skupom sinkroniziranih malih teleskopa udaljenih primjerice nekoliko desetaka kilometara može postići razlučivost u konačnoj fotografiji jednaka onoj koja bi se ostvarila jednim golemim teleskopom promjera nekoliko desetaka kilometara (a tako golem teleskop tehnološki je nemoguće izvesti).

Kada su antene jako udaljene, govorimo o dugobazičnoj interferometriji (engl. Very Long Baseline Interferometry ili skraćeno VLBI). Unaprjeđenjem takve vrste opažanja na milimetarskim valnim duljinama bavi se projekt Event Horizon Telescope s ciljem opažanja bliskog okruženja crnih rupa. Riječ je o međunarodnoj kolaboraciji znanstvenika koja sadržava više od 300 članova iz više od 80 ustanova. Dosad su u sinkroni skup uključili 11 radiovalnih teleskopa od Havaja preko Čilea i Španjolske do Antarktika.

Glavna opažanja projekta EHT, koja su uključivala i opažanje središta naše galaksije, provedena su u travnju 2017. godine tijekom nekoliko dana s pomoću osam već postojećih radioteleskopa (ALMA i APEX u Čileu, IRAM-ov tridesetmetarski teleskop u Španjolskoj, JCMT, SMA i SMT u SAD-u, LMT u Meksiku i SPT na Antarktiku). Opažanja su se provodila istodobno te su morala biti usklađena atomskim satovima. Podaci prikupljeni sa svakog teleskopa pohranjeni su na tvrde diskove. Zanimljivo je da je unatoč tomu što živimo u digitalno doba zbog goleme količine podataka najbrži put za prijenos podataka bio ručni. S obzirom na to da je jedan od teleskopa bio na Antarktiku s kojeg se za zime ne može putovati, tek su u prosincu 2017. svi tvrdi diskovi mogli biti dostavljeni u centre za obradu u SAD-u i Njemačkoj.

Interferometrijske metode opažanja kompleksne su zbog toga što se iz spojenih signala sa svake antene konačna fotografija stvara složenim računalnim algoritmima. To „oslikavanje“ može se činiti na više načina te u konačnici može dovesti i do nešto drugačijih rezultata. Kako bi osigurali točnost rezultata, tim EHT proveo je godine razvijajući i testirajući razne algoritme. Podijelili su se u čak četiri tima koja su nezavisno obrađivala podatke i međusobno nisu smjela komunicirati kako ne bi utjecali jedni na druge.

Konačni rezultati zapanjujući su i nikoga ne bi iznenadilo da u budućnosti budu nagrađeni Nobelovom nagradom za fiziku. Prvu fotografiju bliskog okruženja supermasivne crne rupe u središtu galaksije M 87 u zviježđu Djevica EHT tim objavio je 2019., a 2022. objavili su fotografiju bliskog okruženja supermasivne crne rupe u središtu Mliječnoga puta.

Fotografija crne rupe u središtu naše galaksije

Fotografija bliskog okruženja crne rupe izgleda poput zamućenoga prstena (prikazanog u žućkastonarančastoj boji) s tri svjetlija dijela. Sjajna područja u fotografiji većinom su posljedica toga da fotoni (čestice svjetlosti) obiđu krug oko crne rupe unutar vremena opažanja, što metu opažanja čini pokretnom (zamislite da fotografirate psa koji lovi svoj rep).

Crni dio u sredini fotografije nije, kao bi se moglo misliti, obzor crne rupe, nego ono što nazivamo sjenom crne rupe. Ta sjena ograničena je sferom fotona, rubom oko crne rupe u kojemu (prema općoj teoriji relativnosti) mogu postojati zatvorene kružne orbite fotona. Uz snažno gravitacijsko savijanje opažaču će se činiti da postoji sjena. Upravo je to zabilježeno u ovoj fotografiji, potpuno u skladu s predviđanjima Einsteinove opće teorije relativnosti.

A moglo bi vas zanimati i ovo 🙂

Naslovna fotografija: Fotografija bliskog okruženja supermasivne crne rupe u središtu Mliječnoga puta. Izvor: EHT kolaboracija, CC BY 4.0