Czarne dziury są jednym z bardziej zaskakujących obiektów, których istnienie wynika z ogólnej teorii względności opracowanej przez Alberta Einsteina. Sam Einstein podejrzewał, że w rzeczywistości takie obiekty nie istnieją, jednak już po jego śmierci okazało się, że we wszechświecie jest ich całe mnóstwo. Problem w tym, że o czarnych dziurach tak naprawdę możemy powiedzieć niewiele. Jesteśmy w stanie określić masę oraz spin, czyli tempo obrotu czarnej dziury. Bardzo często wirowanie czarnej dziury wymyka się naszej intuicji, bowiem nie ma ona żadnej powierzchni, a na dodatek otoczona jest horyzontem zdarzeń, za który nie jesteśmy i nigdy nie będziemy w stanie zajrzeć.
Astronomowie na przestrzeni lat odkryli czarne dziury o szerokim spektrum mas, od tych porównywalnych z masami gwiazd po supermasywne czarne dziury o masie miliony lub miliardy mas naszego Słońca. Wiemy teraz, że większość dużych galaktyk, takich jak Droga Mleczna, kryje w sobie supermasywne czarne dziury, choć wciąż nie wiemy, w jaki sposób one tak naprawdę powstają.
Samej czarnej dziury nie widać. O jej istnieniu najczęściej wiemy dzięki krążącej wokół niej materii, która tworząc dysk akrecyjny, emituje światło w szerokim zakresie promieniowania od fal radiowych po promieniowanie gamma.
Wykorzystując szereg teleskopów znajdujących się na Ziemi, w ramach projektu Event Horizon Telescope Collaboration (EHTC) kilka lat temu po raz pierwszy w historii zobaczyliśmy zdjęcia bezpośredniego otoczenia czarnej dziury wykonane na falach milimetrowych i submilimetrowych. Głównymi celami badań prowadzących za pomocą EHTC były supermasywne czarne dziury znajdujące się w jądrze galaktyki eliptycznej Messier 87 oraz w centrum Drogi Mlecznej. Obrazy EHT z obu źródeł pokazują pierścienie emisyjne powstałe, gdy fale radiowe emitowane w pobliżu horyzontu zdarzeń zaginają się w zakrzywionej czasoprzestrzeni w pobliżu czarnej dziury – masa i spin czarnych dziur determinują rozmiar i kształt tych pierścieni.
Subskrybuj i obserwuj wszystkie aktualności na swoim ulubionym komunikatorze
WhatsApp – kliknij tu
Messenger – kliknij tu
Telegram – kliknij tu
Światło emitowane z otoczenia czarnej dziury jest światłem spolaryzowanym i ma wyraźną orientację w zależności od jego pochodzenia. Na Ziemi używamy spolaryzowanych okularów przeciwsłonecznych, aby ograniczyć odblaski od światła słonecznego odbijającego się od wilgotnej drogi, czy kałuż. To efekt tego, że odbicie promieni słonecznych od wody czy szyby w samochodzie powoduje polaryzację światła.
Naukowcy właśnie przedstawili nowatorskie podejście do szacowania właściwości czarnych dziur. W najnowszym artykule naukowym opublikowanym w periodyku The Astrophysical Journal. (ApJ) zespół badaczy wskazuje, że spin czarnej dziury da się określić właśnie na podstawie polaryzacji światła.
W swojej pracy naukowcy wykazali, że rotacja czarnej dziury powinna w wykrywalny sposób zmieniać polaryzację emitowanych przez dysk akrecyjny fal radiowych. Co więcej, temperatura elektronów wirujących w plazmie otaczającej czarną dziurę, także może nam wiele powiedzieć o samej czarnej dziurze.
Porównanie z obserwacjami EHT uzyskanymi w 2017 roku wskazuje, że mamy do czynienia albo z plazmą z silnymi polami magnetycznymi, a także umiarkowanymi temperaturami elektronów i wolno obracającą się czarną dziurą lub zimnymi elektronami obok szybko obracającej się czarnej dziury. Poniższe zdjęcie ilustruje wolno wirującą czarną dziurę z parametrem spinu a = 0,3 (gdzie a = 0 odpowiada spinowi zerowemu, a a = 1 odpowiada najszybszemu możliwemu spinowi) i gorącymi elektronami (po lewej), w przeciwieństwie do szybko wirującej czarnej dziury z a = 0,9 i chłodnymi elektronami (po prawej).
Trwające badania obejmują bardziej ilościowe porównanie z obserwacjami EHT. Celem zespołu badawczego w najbliższej przyszłości jest ustalenie spinu czarnej dziury poprzez wykorzystanie w symulacjach bardziej zaawansowanej mikrofizyki, która uwzględnia już efekty ogólnej teorii względności i silnych pól magnetycznych.
Teleskop Horyzontu Zdarzeń (ngEHT) nowej generacji to nowy projekt mający na celu ulepszenie EHT poprzez dodanie nowych anten do układu i obserwację na wielu częstotliwościach. Taka rozbudowa teleskopu może pozwolić na potwierdzenie nowo opublikowanych efektów i dokonanie bezstronnych szacunków spinu czarnej dziury, co da nam świeże spojrzenie na ekstremalne środowisko, na które można się natknąć na granicy czarnej dziury.
Źródło: 1