O echipă internaţională condusă de cercetători de la Observatorul Haystack, MIT, a măsurat în premieră raza unei găuri negre din centrul unei galaxii îndepărtate: cea mai mică distanţă la care materia se poate apropia fără a fi atrasă în gaura neagră.
Punctul fără întoarcere, în astronomie cunoscut sub numele de gaură neagră – o regiune din spaţiu unde atracţia gravitaţională este atât de puternică încât nimic, nici chiar lumina, nu poate scăpa. Găurile negre ce pot fi de miliarde de ori mai masive decât Soarele nostru ar putea constitui inima majorităţii galaxiilor. Astfel de găuri negre supermasive sunt atât de puternice încât activitatea la limitele lor se poate răspândi prin întreaga lor galaxie gazdă.
Oamenii de ştiinţă au legat împreună antene radio în Hawaii, Arizona şi California pentru a crea o structură de telescop numită „Event Horizon Telescope" (EHT) ce poate distinge detalii de 2000 de ori mai bine decât imaginile privite cu telescopul spaţial Hubble. Aceste antene radio au fost testate pe M87, o galaxie ce se află la circa 50 de milioane de ani-lumină de Calea Lactee. M87 găzduieşte o gaură neagră de şase miliarde de ori mai masivă decât Soarele nostru. Folosind această structură de telescoape, echipa a observat strălucirea materiei ce se află în apropierea marginii acestei găuri negre – o regiune numită „orizontul evenimentelor”.
Această imagine, creată cu ajutorul modelelor computerizate, arată cum gravitaţia extremă a unei găuri negre din galaxia M87 distorsionează aspectul jetului de lângă orizontul evenimentelor. O parte din radiaţia jetului este curbată de gravitaţie în forma unui inel care este cunoscut sub denumirea de „umbra” găurii negre. Credit: Avery E. Broderick (Perimeter Institute & University of Waterloo).
„Odată ce obiectele cad prin orizontul evenimentelor, ele sunt pierdute pentru totdeauna”, spune Shep Doeleman, Director adjunct la Observatorul Haystack al MIT şi cercetător asociat la Observatorul Astrofizic Smithsonian. „Este o poartă de ieşire din Universul nostru. Poţi ieşi pe acea uşă, dar nu te mai întorci.”
Doeleman şi colegii lui au publicat rezultatele studiului lor în această săptămână în revista Science.
Jeturi la marginea unei găuri negre
Găurile negre supermasive sunt cele mai ciudate obiecte prezise de teoria gravitaţiei a lui Einstein. La nivelul lor, potrivit lui Doeleman, „gravitaţia o ia complet razna şi înghesuie o masă enormă într-un spaţiu incredibil de restrâns.” La marginea unei găuri negre, forţa gravitaţională este atât de puternică încât atrage tot ce există în împrejurimile sale. Totuşi, nu chiar totul poate trece de orizontul evenimentelor pentru a se îndesa în gaura neagră. Rezultatul este un „blocaj de trafic cosmic” în care gaze şi praf se adună, creând un disc plat de materie cunoscut drept disc de acreţie. Acest disc de materie poate determina gaura neagră să se învârtă în aceeaşi direcţie ca şi materialul ce o orbitează.
Un disc de acreţie (portocaliu) format din gaze şi praf înconjoară găurile negre supermasive din centrul majorităţii galaxiilor. Aceste discuri de materie galactică emit unde magnetice (liniile roz) care ţâşnesc din centrul găurii negre, antrenând materia de la ambele capete în jeturi de mare putere. Credit: NASA şi Ann Field.
Prinse în acest curent spiralat sunt câmpurile magnetice, care accelerează materialul fierbinte de-a lungul unor fascicule puternice deasupra discului de acreţie. Jetul de mare viteză rezultat, lansat de gaura neagră şi de disc, ţâşneşte prin galaxie şi se extinde pe sute de mii de ani-lumină. Aceste jeturi pot influenţa multe procese din galaxie, inclusiv cât de rapid se formează stelele.
„Are dreptate Einstein?”
Traiectoria unui jet poate ajuta oamenii de ştiinţă să înţeleagă dinamica găurilor negre în regiunea în care gravitaţia lor este forţa dominantă. Doeleman spune că un mediu atât de extrem este perfect pentru a confirma teoria relativităţii generale a lui Einstein – descrierea definitivă din prezent a gravitaţiei.
„Teoriile lui Einstein au fost verificate în cazul unor câmpuri gravitaţionale slabe, precum pe Pământ sau în Sistemul Solar”, spune Doeleman. „Dar ele nu au fost verificate precis în singurul loc din Univers unde teoriile lui Einstein ar putea să se anuleze – adică chiar la marginea unei găuri negre.”
Potrivit teoriilor lui Einstein, masa unei găuri negre şi rotaţia sa determină cât de aproape poate orbita materialul în jurul ei înainte de a deveni instabil şi de a cădea înspre orizontul evenimentelor. Pentru că jetul lui M97 este antrenat magnetic din cea mai mică orbită, astronomii pot estima rotaţia găurii negre prin măsurători atente ale dimensiunii jetului, pe măsură ce acesta părăseşte gaura neagră. Până acum, niciun telescop nu a avut puterea de mărire necesară unei asemenea observaţii.
„Ne aflăm acum în poziţia de a pune întrebarea: „Are dreptate Einstein?”, spune Doeleman. „Putem identifica caracteristici şi efecte prezise de teoriile sale în acest câmp gravitaţional foarte puternic.”
Această reprezentare artistică a regiunilor interioare din galaxia M87 arată relaţia dintre gaura neagră, curentul de acreţie care o orbitează şi expulzarea jetului relativist. Credit: Perimeter Institute for Theoretical Physics.
Echipa a folosit o tehnică numită Interferometrie cu Bază Foarte Lungă (IBFL), în care datele de la antenele radio, aflate la distanţă de mii de kilometri una faţă de cealaltă, sunt interconectate. Semnalele provenite de la diferitele antene, luate împreună, creează un „telescop virtual” cu o putere de procesare similară celei a unui singur telescop de mărimea distanţelor dintre antene. Această tehnică permite oamenilor de ştiinţă să observe detalii extrem de precise din galaxii foarte îndepărtate.
Folosind această tehnică, Doeleman şi echipa lui au măsurat orbita cea mai interioară a discului de acreţie, aceasta fiind de doar 5.5 ori mai mare decât mărimea orizontului evenimentelor al găurii negre. Potrivit legilor fizicii, această dimensiune sugerează că discul de acreţie se roteşte în aceeaşi direcţie în care se roteşte gaura neagră – prima observaţie directă care confirmă teoriile despre cum găurile negre expulzează jeturi din centrul galaxiilor.
Echipa are în plan să-şi mărească structura de telescop, adăugând antene radio în Chile, Europa, Mexic, Groenlanda şi Antarctica, în vederea obţinerii în viitor a unor imagini şi mai detaliate ale găurilor negre.
Traducere realizată de Răzvan Gavrilă după astronomers-radius-black-hole, cu acordul Phys.org.
