Astronomi su prvi put zavirili u područje tik izvan crne rupe u kojem se događa ta međusobna interakcija između upadanja i izbacivanja materije. Nova posmatranja pružaju nove informacije o strukturi magnetskih polja neposredno izvan crne rupe.
Navikli smo da crne rupe zamišljamo kao svemirska tela koja je nemoguće videti jer njihovoj gravitaciji ništa ne može pobeći, čak ni svetlost. Kako videti nešto iz čega ne dolazi nikakav signal?No to već nekoliko godina nije sasvim tačno. Kolaboracija Event Horizon Telescope (EHT),koja je 2019. objavila prvi snimak crne rupe, upravo je otkrila novi pogled na masivan objekt u središtu galaksije Messier 87 (M87)– njen izgled u polariziranom svetlu. To je prvi put da su astronomi polarizaciju, koja je potpis postojanja magnetskih polja, uspeli izmeriti toliko blizu ruba crne rupe.
Ova posmatranja ključna su za objašnjenje kako je galaksija M87, udaljena 55 miliona svetlosnih godina, sposobna da lansira izuzetno moćne energetske mlazeve iz svojeg središta. „Sada vidimo sledeći presudni dokaz nužan za razumevanje kako se magnetska polja ponašaju oko crnih rupa i kako aktivnost u ovom vrlo kompaktnom delu prostora može pokretati moćne mlazeve koji se protežu daleko izvan galaksije”, rekla je za Evorpsku južnu opservatoriju Monika Mošćibrodska, koordinatorka radne grupe za polarimetriju EHT-a i docentkinja na Univerzitetu Radbod u Holandiji.
Prvi snimak obrisa
Naučnici su 10. aprila 2019. objavili prvu sliku crne rupe – svetlu strukturu nalik na prsten s tamnim središnjim područjem (fotografija dole). Na njoj su, zapravo, zabeleženi obrisi, odnosno silueta crne rupe koja se vidi na pozadini područja uz samu crnu rupu koje se naziva horizont događaja.
Senka crne rupe u M87
Kada u crnu rupu upadaju gasovi, oni se zbog velike gravitacije trenjem zagreaaju na temperature više od milijardu stepeni, zbog čega se okolina, odnosno horizont događaja, može videti kao svetlo užareno područje.Drugim rečima, naučnici su snimili svetlosno zračenje materije koja kruži velikom brzinom na rubu horizonta, oko područja tame koje predstavlja crnu rupu.
Otkrili polarizaciju svetla
Nakon ovog pothvata kolaboracija EHT-a se okrenula podrobnijoj analizi podataka o crnoj rupi u galaksiji M87 u središtu sazvežđa Device. Njena masa je šest milijardi puta veća od Sunčeve i jedna je od najmasivnijih poznatih crnih rupa. Podrobne analize pokazale su da je značajan dio svetlosti zabelljžene oko crne rupe u M87 polariziran.
„Ovaj je rad velika prekretnica: polarizacija svetlosti nosi informacije koje nam omogućuju da bolje razumemo fiziku koja stoji iza slike koju smo videli u aprilu 2019, što pre nije bilo moguće” objasnio je Ivan Marti-Vidal, takođe koordinator EHT-a i ugledni istraživač na Univerzitetu u Valensiji u Španiji. On dodaje da su „za otkrivanje ove nove slike polariziranog svetla bile potrebne godine rada zbog složenih tehnika uključenih u dobijanje i analizu podataka”.Šta je polarizacija svetlosti i kako do nje dolazi?
Za razumevanje novog snimka korisno je podsetiti se šta je uopšte polarizacija. Svetlost je elektromagnetski talas koji se sastoji od dva oscilirajuća polja – električnog i magnetskog. Kako jedno polje oscilira – jača i slabi – njegova promena pokreće stvaranje, odnosno jačanje i slabljenje drugog polja. Svako od tih polja može se predstaviti sinusoidom koja je okomito postavljena na sinusoidu drugog polja, a obe su okomite na smer kretanja talasa (slika dole).
Legenda: E – električno polje; B – magnetsko polje;
Z – smer kretanja; λ – talasna dužina
Svetlost koja dolazi iz uobičajenih izvora u prirodi, kao što su primerice sunce, svetiljka ili vatra, nije polarizivaana. To znači da elektromagnetski valovi od kojih je sačinjena nemaju određen zajednički smer orijentacije, nego su sve orijentacije podjednako zastupljene. No kada svetlost prolazi kroz određene filtere, polarizatore, oni mogu blokirati sve orijentacije osim jedne pa tada svetlost postaje polarizirana. Takve filtere možemo zamisliti kao uske procepe koji omogućuju da kroz njih prolaze samo oni talasi koji osciliraju u istom smeru u kojem je postavljen procep (zamislite konopac koji slobodno vibrira kada je položen uzduž pukotine, a postaje blokiran kada je postavljen okomito na nju).
Za smer polarizacije dogovorno se uzima smer električnog polja elektromagnetskog talasa. Stoga se može reći da kod nepolarizovane svetlosti razni valovi imaju razne smerove titranja električnog polja, dok kod polarizirane svi valovi imaju iste smerove titranja električnog polja.
Svetlost takođe postaje polarizovana kada se emituje u vrućim delovima prostora u kojima postoje vrlo jaka magnetska polja, a takav je i horizont događaja. Magnetsko polje Zemlje previše je slabo da bi značajnije uticalo na magnetska i električna polja svetlosti.
Poznati primer polarizacije su sunčane naočare koje nam omogućuju da bolje vidimo za jakog sunca, tako što smanjuju sjaj svetlih površina budući da se svetlost delimično polarizuje i kada se reflektuje. Na sličan način astronomi mogu izoštriti svoj pogled na područje oko crne rupe analizirajući kako je svjetlost koja iz nje dolazi polarizovana. Tačnije, polarizacija astronomima omogućuje da mapiraju linije magnetskog polja na unutrašnjem rubu crne rupe.
Fotografije otkrivaju tajne
„Novoobjavljene polarizovane slike ključne su za razumevanje kako magnetsko polje omogućava crnoj rupi da pojede materiju i pokrene snažne elektromagnetske mlazeve”, kaže član kolaboracije EHT-a Endru Čael iz Prinstonskog centra za teorijsku nauku i Prinstonske gravitacione inicijative u SAD.
Svetli mlazevi energije i materije koji izlaze iz jezgra M87 i protežu se najmanje 5.000 svetlosnih godina od njenog središta jedno su od najtajanstvenijih i najenergičnijih svojstava te galaksije. Većina materije koja leži blizu ruba crne rupe vremenom upada u nju. Međutim, delovanjem sila u sistemu neke čestice pobegnu nekoliko trenutaka pre nego što ih crna rupa uhvati i budu izbačene daleko u svemir u obliku mlazeva.
Da bi bolje razumeli ove procese, astronomi izrađuju različite modele ponašanja materije u blizini crne rupe. No do sada još nisu uspeli tačno da objasne kako se mlazevi veći od galaksije emituju iz njenog središnjeg područja, koje je veličine uporedive sa Sunčevim sistemom, niti kako tačno materija upada u crnu rupu.
S novom EHT-ovom slikom crne rupe i njene senke u polarizovanom svetlu astronomi su prvi put zavirili u područje tik izvan crne rupe u kojem se događa ta međusobna interakcija između upadanja i izbacivanja materije.Nova posmatranja pružaju nove informacije o strukturi magnetskih polja neposredno izvan crne rupe. Tim je otkrio da samo teoretski modeli koji uključuju jako magnetizovani gas mogu objasniti ono što su zabeležili na horizontu događaja.
„Opažanja sugerišu da su magnetska polja na rubu crne rupe dovoljno jaka da potisnu vrući gas i pomognu mu da se odupre privlačenju gravitacije. Samo gas koji sklizne kroz to jako polje može se spiralno kretati ka unutrašnjosti, ka crnoj rupi”, objašnjava Džejson Dekster, docent na Univerzitetu Kolorado u Bolderu u SAD, koordinator radne grupe za teoriju EHT-a.
Umetnički prikaz galaksije M87
Kreditna kartica na Mesecu
U posmatranju središta galaksije M87 sarađivalo je sedam teleskopa širom sveta, među kojima su ALMA i APEX. Impresivna rezolucija snimka koju je dobio tim EHT-a uporediva je s onom koja je potrebna za merenje dužine kreditne kartice na površini Meseca.
Tehnološke performanse EHT-aomogućile su timu da neposredno promatra senu crne rupe i svetlosni prsten oko nje i polarizovano svetlo koje jasno pokazuje da je prsten namagnetisan. Rezultati su objavljeni u dva zasebna rada u časopisu The Astrophysical Journal Letters.U istraživanju je učestvovalo preko 300 istraživača iz više organizacija i univerziteta širom svieta.
(Izvor Indeks)
