Sve što trebate zanti o novoj snimci supermasivne crne rupe Mliječnog puta

Nedavno smo objavili novu, revolucionarnu snimku crne rupe u središtu naše galaksije. Ali, zašto je to bitno?

---

Nova otkrića zabilježena teleskopom Event Horizon (EHT) — u kojima sudjeluju stručnjaci Centra za astrofiziku | Harvard & Smithsonian (CfA) među ostalima — otkrivaju fascinantne i dobro organizirane magnetske strukture koje se spiralno šire od rubova supermasivne crne rupe Sagittariusa A* (Sgr A*). Ovaj prvi pogled na čudovište u srcu naše galaksije, Mliječnog puta, u polariziranoj svjetlosti, razotkrio je strukturu magnetskog polja zapanjujuće sličnu onoj kod crne rupe u centru galaksije M87. To upućuje na mogućnost da su snažna magnetska polja zajednička osobina svih crnih rupa, a sličnost sugerira i postojanje do sada neopaženog mlaza materijala u Sgr A*. Ova su otkrića objavljena u časopisu The Astrophysical Journal Letters.

Sličnosti između M87* i Sgr A*

Istraživači su prvu sliku Sgr A*, udaljene oko 27.000 svjetlosnih godina od Zemlje, predstavili 2022. godine, otkrivši da je crna rupa Mliječnog puta znatno manja i manje masivna od M87, ali vizualno iznenađujuće slična. Ova sličnost potaknula je znanstvenike na razmišljanje o mogućim zajedničkim karakteristikama izvan njihovog izgleda, što ih je dovelo do daljnjeg proučavanja Sgr A* u polariziranoj svjetlosti. Ranija istraživanja M87* otkrila su kako magnetska polja oko ove ogromne crne rupe omogućavaju izbacivanje snažnih mlazova materije natrag u okolni prostor. Nadovezujući se na ovu temeljnu studiju, nova istraživanja sugeriraju da bi slični procesi mogli biti prisutni i kod Sgr A*. “Svjedočimo postojanju snažnih, uvijenih i dobro organiziranih magnetskih polja u blizini crne rupe u centru Mliječnog puta,” istaknula je Sara Issaoun, astrofizičarka sa Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO) i jedna od vodećih ljudi projekta, naglasivši značajnu sličnost u strukturi polarizacije između Sgr A* i mnogo veće crne rupe M87*.

“Ova sličnost poučava nas da su jaka i organizirana magnetska polja ključna u interakciji crnih rupa s okolnim plinom i materijom,” dodala je. Svjetlost, kao oscilirajući elektromagnetski val, omogućava nam da vidimo objekte. Kada svjetlost oscilira u određenoj orijentaciji, nazivamo je “polarizirana svjetlost”. Iako je polarizirana svjetlost sveprisutna, bez posebnih alata ona se ljudskom oku ne razlikuje od uobičajene svjetlosti. Čestice koje orbitiraju oko magnetskih linija polja u plazmi koja okružuje crne rupe oblikuju uzorak polarizacije okomit na samo polje. To pruža astronomima precizniji uvid u procese koji se odvijaju u neposrednoj blizini crnih rupa, kao i mogućnost detaljnog mapiranja njihovih magnetskih polja. “Analizirajući polariziranu svjetlost od zagrijanog sjajnog plina blizu crnih rupa, možemo izravno zaključiti o strukturi i snazi magnetskih polja koja oblikuju tok plina i materije kojima se crna rupa hrani,” objasnio je Angelo Ricarte, suvoditelj projekta i Fellow na Harvard Black Hole Initiative.

Proučavanje polarizirane svjetlosti

“Proučavanje polarizirane svjetlosti otvara nove prozore u svijetu astrofizike, otkrivajući detalje o svojstvima plinova i procesima koji se odvijaju dok crna rupa konzumira materiju.” Međutim, snimanje crnih rupa u polariziranoj svjetlosti nije jednostavan zadatak, sličan stavljanju polariziranih sunčanih naočala; to je posebice izazovno za Sgr A*, čija se priroda brzo mijenja te stoga ne ostaje statična dovoljno dugo za tradicionalno fotografiranje. Snimanje supermasivne crne rupe zahtijeva upotrebu naprednije opreme od one korištene za M87*, koji predstavlja znatno stabilniji subjekt. Paul Tiede, postdoktorski suradnik i astrofizičar iz CfA i SAO, komentirao je: “Iznimno je uzbudljivo što smo uspjeli stvoriti polariziranu sliku Sgr A*. Za razumijevanje njegove dinamičke prirode i otkrivanje prosječne strukture bilo je potrebno mjeseci detaljne analize.”

“Proces stvaranja polarizirane slike dodatno komplicira dinamiku magnetskih polja koja okružuju crnu rupu. Često su naši modeli predviđali visoko turbulentna magnetska polja, što je otežavalo konstrukciju polarizirane slike. Srećom, naša crna rupa pokazala se znatno mirnijom, omogućujući tako realizaciju ove pionirske fotografije.”

Znanstvena zajednica s nestrpljenjem dočekuje fotografije obiju supermasivnih crnih rupa u polariziranoj svjetlosti, jer te fotografije i pripadajući podaci nude nove metode za usporedbu i razlikovanje crnih rupa različitih veličina i masa. S napretkom tehnologije, očekuje se da će buduća istraživanja otkriti dodatne tajne crnih rupa, uključujući njihove sličnosti i razlike. Michi Bauböck, postdoktorski istraživač na Sveučilištu u Illinoisu u Urbani-Champaignu, napomenuo je: “M87* i Sgr A* razlikuju se po nekoliko ključnih aspekata: M87* je znatno veći i brže privlači materiju iz svoje okoline. Zbog toga bismo mogli očekivati da se njihova magnetska polja značajno razlikuju. No, u ovom slučaju, pokazalo se da su iznenađujuće slična, sugerirajući da bi ta strukturalna karakteristika mogla biti univerzalna za sve crne rupe.”

Zašto je proučavanje crnih rupa bitno?

“Produbljeno razumijevanje magnetskih polja u blizini crnih rupa ključno je za rješavanje niza otvorenih pitanja, od procesa formiranja i lansiranja mlazova do izvora energije za svijetle bljeskove koje promatramo u infracrvenom i rendgenskom spektru.” EHT kontinuirano provodi opservacije od 2017. godine, s planovima za novo promatranje Sgr A* u travnju 2024. Svakim ciklusom opservacija, fotografije postaju detaljnije zahvaljujući integraciji novih teleskopa, proširenju propusnog opsega i korištenju novih frekvencija. Nadolazeća proširenja kroz sljedeće desetljeće omogućit će stvaranje visokokvalitetnih filmova o Sgr A*, mogućnost otkrivanja skrivenih mlazova te pružanje prilike astronomima da proučavaju slične polarizacijske karakteristike u drugim crnim rupama. Istodobno, proširenje EHT mreže u svemir osigurat će dosad najpreciznije slike crnih rupa.

Centar za astrofiziku pri Harvardu vodi nekoliko ključnih inicijativa za značajno unapređenje EHT-a u sljedećem desetljeću. Projekt nove generacije EHT-a (ngEHT) pokreće temeljitu nadogradnju mreže s ciljem dodavanja novih radioteleskopa, omogućavanja simultanih višebojnih opservacija i poboljšanja sveukupne osjetljivosti mreže. Proširenjem ngEHT-a omogućit će se stvaranje filmova o supermasivnim crnim rupama na razini Događajnog obzora, ili horizonta događaja. Ti će filmovi detaljno prikazati strukturu i dinamiku blizu događajnog horizonta, ističući značajke gravitacije snažnog polja predviđene općom teorijom relativnosti, kao i interakciju između akrecije i lansiranja relativističkih mlazova koji oblikuju velike strukture svemira. U međuvremenu, koncept misije Black Hole Explorer (BHEX) proširit će EHT mrežu u svemir, stvarajući najdetaljnije fotografije u povijesti astronomije. BHEX će omogućiti detekciju i slikanje “prstena fotona”, oštrih prstenastih karakteristika formiranih snažno iskrivljenom emisijom oko crnih rupa. Karakteristike crne rupe, poput mase i brzine rotacije, bit će utisnute u veličinu i oblik prstena fotona, otkrivajući kako ovi enigmatični objekti rastu i interagiraju s galaksijama koje ih okružuju.