Czarna dziura w centrum galaktyki M87 (Galaktyka Panna A) o masie 6,5 mld razy większej od masy Słońca to pierwszy obiekt tego typu, który naukowcom udało się "sfotografować". W kwietniu 2019 roku przy pomocy Teleskopu Horyzontu Zdarzeń badacze uzyskali pierwszy w historii obraz czarnej dziury, a właściwie jasnego dysku akrecyjnego, który otacza jej horyzont zdarzeń (czyli sferę wokół czarnej dziury).
Dowód na potęgę czarnej dziury w M87. Ona faktycznie się obraca
Dysk akrecyjny to materia, która obiega czarną dziurę, przyciągana jej potężną grawitacją. Ale tylko część z tej materii wpada ostatecznie pod horyzont zdarzeń - granicę, po której przekroczeniu nic (łącznie ze światłem) z czarnej dziury nie może się już wydostać. Pozostała część materii jest wystrzeliwana z ogromną prędkością w przestrzeń międzygalaktyczną. Gaz i pył wyrzucony przez czarną dziurę tworzy z kolei gigantyczny dżet rozciągający się na ponad 5 tysięcy lat świetlnych, który po raz pierwszy udało się zaobserwować jeszcze w 1918 roku.
Naukowcy przez dekady zastanawiali się, jak to możliwe, że materia wyrzucana przez czarne dziury rozpędza się do prędkości przekraczającej 99,99 proc. prędkości światła (czyli prawie 300 tys. km/s). Jak wynika ze szczególnej teorii względności Alberta Einsteina, żaden obiekt posiadający masę nie może jej przekroczyć, ale może osiągnąć prędkość bardzo bliską prędkości światła. Wymaga to jednak niemal nieskończonej ilości energii.
Modele teoretyczne sugerowały, że to rotacja samej czarnej dziury odpowiada za generowane przez materię w dżetach ogromnej prędkości. Nie było jednak na to żadnych dowodów. Teraz naukowcom wreszcie udało się je znaleźć.
Potężna czarna dziura wiruje. Po 22 latach obserwacji są dowody
Jak wynika z badania opublikowanego w czasopiśmie "Nature", naukowcy po raz pierwszy w historii znaleźli dowody na to, że czarna dziura w M87 faktycznie kręci się wokół własnej osi. Badacze wykorzystali prowadzone w latach 2000-2022 obserwacje potężnego obiektu, zauważając precesję (zjawisko zmiany kierunku osi obrotu) dżetu. Miejsce powstawania dżetu przesuwało się dookoła centralnego punktu w powtarzającym się, 11-letnim cyklu, po czym wracało w to samo miejsce. Wykazano też niewspółosiowość pomiędzy osią obrotu czarnej dziury a dyskiem akrecyjnym.
Zdaniem autorów badania, odkrycie to dostarcza dowodów na fakt, że czarna dziura w M87 rzeczywiście wiruje. "Wykrycie tej precesji dostarcza jednoznacznych dowodów na to, że supermasywna czarna dziura w M87 rzeczywiście wiruje, co pogłębia naszą wiedzę na temat natury supermasywnych czarnych dziur" - podsumowali autorzy pracy na łamach "Nature".
Warto przypomnieć, że w 2020 roku naukowcy pod kierownictwem polskiego astrofizyka Macieja Wielgusa zaobserwowali po raz pierwszy "chybotanie" tej samej czarnej dziury w galaktyce M87. Badaczom udało się wtedy zarejestrować zmieniający się dysk akrecyjny i zachodzące w nim bardzo burzliwe procesy (więcej na ten temat w poniższym tekście).
Po sukcesie obrazowania czarnej dziury w tej galaktyce za pomocą Teleskopu Horyzontu Zdarzeń głównym problemem naukowców stało się to, czy ta czarna dziura wiruje, czy nie. Teraz podejrzenie zamieniło się w pewność. Ta potworna czarna dziura rzeczywiście wiruje
- stwierdził z kolei w rozmowie z dziennikiem "The Guardian" dr Kazuhiro Hada z Narodowego Obserwatorium Astronomicznego w Japonii, współautor pracy.
Naukowcy uważają, że materia w dysku akrecyjnym czarnej dziury generuje silne pole magnetyczne, które - w wyniku jej rotacji - jest przez czarną dziurę "zwijane". To ma z kolei warunkować powstawanie potężnych dżetów i rozpędzać wyrzucaną w nich materię do prędkości bliskich prędkości światła.
Wciąż nie jest jasne, w jaki sposób powstają tak masywne czarne dziury
Autorzy pracy mają nadzieję, że ich odkrycie pozwoli też dowiedzieć się czegoś więcej na temat powstawania supermasywnych czarnych dziur, takich jak ta w M87 lub w centrum Drogi Mlecznej (której obraz również pozyskano trzy lata później - w maju 2022 roku). Wciąż bowiem nie jest jasne, w jaki sposób mogą powstawać tak masywne obiekty.
Ziri Younsi z University College London zauważył w rozmowie z "The Guardian", że fakt, że czarna dziura w M87 rotuje, a jej dżet ulega precesji, może oznaczać, że w jej przeszłości wydarzyło się "coś naprawdę szalonego i gwałtownego".
