V dubnu roku 2019 vytvořila historie spolupráce v rámci událostí Horizon Telescope historii, když vydala první snímek černé díry, která byla kdy pořízena. Tento úspěch byl desetiletí ve výrobě a spustil mezinárodní mediální cirkus. Obrázek byl výsledkem techniky známé jako interferometrie, kde observatoře po celém světě kombinovaly světlo ze svých dalekohledů a vytvářely kompozitní obraz.
Tento obrázek ukázal, co astrofyzici předpovídali po dlouhou dobu, že extrémní gravitační ohyb způsobuje, že fotony padají kolem horizontu události, což přispívá k jasným prstencům, které je obklopují. Minulý týden, 18. března, tým vědců z Harvard-Smithsonianova centra pro astrofyziku (CfA) oznámil nový výzkum, který ukazuje, jak mohou obrázky černých děr odhalit složitou spodní strukturu v nich.
Studie, která popisuje jejich zjištění, nazvaná „Univerzální interferometrické podpisy fotonového prstence černé díry“, se nedávno objevila v časopise Vědecké pokroky. Tým vedl Michael Johnson, astrofyzik s CfA, a přivedl členy z Harvardovy iniciativy Black Hole Initiative (BHI), Los Alamos National Laboratory, Princeton Centre for Theoretical Science a několika univerzit.
Jak Johnson vysvětlil v nedávné tiskové zprávě CfA:
„Obraz černé díry ve skutečnosti obsahuje vnořenou řadu prstenů. Každý následný prstenec má přibližně stejný průměr, ale stává se stále ostřejší, protože jeho světlo obíralo černou díru vícekrát, než dosáhlo pozorovatele. S aktuálním obrazem EHT jsme zachytili jen letmý pohled na úplnou složitost, která by se měla objevit v obraze jakékoli černé díry. “
Jak nám říká zákon obecné relativity, gravitační pole mění zakřivení časoprostoru. V případě černé díry je účinek extrémní a způsobuje, že se kolem nich rozpadne i světlo (fotony). Tyto fotony vrhají stín na jasný prsten plujícího plynu a prachu, který je gravitací černé díry urychlen na relativistické rychlosti.
Kolem této stínované oblasti je „fotonový kroužek“ vytvořený z fotonů, které jsou koncentrovány silnou gravitací poblíž černé díry. Tento prsten může astronomům říci hodně o černé díře, protože její velikost a tvar odhaluje hmotu a rotaci (tzv. „Rotace“) černé díry. Vzhledem k obrázkům EHT mají nyní vědci z černé díry nástroj, pomocí kterého mohou studovat černé díry.
Od 50. let se o nich astronomové hodně naučili studiem jejich vlivu na okolní prostředí. Jinými slovy, studium černých děr bylo nepřímé a teoretické povahy. Ale se schopností fotografovat tyto nebeské objekty mohou astronomové konečně studovat přímo a získat skutečná data.
George Wong, postgraduální student fyziky na University of Illinois v Urbana-Champaign, byl zodpovědný za vývoj softwaru pro vytváření simulovaných obrazů černé díry. Tento software umožňoval vypočítat snímky s dosud nejvyšším rozlišením a umožnil jejich týmu je rozložit na předpokládanou sérii dílčích obrázků. Jak naznačil Wong:
„Spojení odborníků z různých oborů nám umožnilo skutečně propojit teoretické chápání fotonového prstence s tím, co je možné pozorováním. To, co začalo jako klasické výpočty tužky a papíru, nás přimělo posunout naše simulace na nové limity. “
Co však bylo pro vědce obzvláště překvapivé, bylo to, jak substruktura odhalená obrazem černé díry vytváří nové příležitosti pro výzkum. Zatímco podskupiny, které odhalily, jsou normálně neviditelné pouhým okem na snímcích, produkují velmi jasné signály, když jsou pozorovány pomocí polí dalekohledů pomocí interferometrie.
To představuje pro astronomy relativně snadný způsob, jak rozšířit práci dosud prováděnou spoluprací EHT. "Zatímco snímání obrázků černé díry obvykle vyžaduje mnoho distribuovaných dalekohledů, jsou subrings perfektní ke studiu pomocí pouze dvou dalekohledů, které jsou velmi daleko od sebe," řekl Johnson. "Přidání jednoho vesmírného dalekohledu k EHT by stačilo."
Pole astronomie a astrofyziky zažila v posledních letech několik revolucí. Mezi vůbec prvními pozorováními mezihvězdných objektů, potvrzením gravitačních vln a prvními přímými pozorováními černé díry. Tato první umožnila výzkum, který slibuje odemknutí řady přetrvávajících tajemství o vesmíru.
Výzkum týmu byl částečně umožněn granty vydanými NASA, Národní vědeckou nadací (NSF), ministerstvem energetiky (DoE) a více vědeckými a výzkumnými nadacemi.
