M87 – Noi cercetări arată evoluția surprinzătoare a imaginii găurii negre care a făcut istorie în 2019

În primăvara lui 2019 a fost prezentată prima imagine a unei găuri negre, iar momentul chiar a fost unul istoric, mai ales că datele de la opt telescoape uriașe de pe patru continente au fost combinate și analizate, ca parte a unui efort uriaș de cercetare. Autorii imaginii istorice au cercetat date din trecut ”culese” de Event Horizon Telescope (EHT) și au ajuns la concluzia că imaginea găurii negre a evoluat în mod surprinzător, fiind vorba de variații interesante ale luminozității.

Prima imagine a unei găuri negre reprezintă un moment de referință pentru știință, mai ales fiindcă a fost nevoie de opt radiotelescoape sincronizate perfect și de o colaborare excelentă între oamenii de știință din toată lumea.

Imaginea prezentată în aprilie 2019 nu este o simplă poză, sau o fotografie în stilul celor captate cu celebrul telescop Hubble, ci este rodul unei metode numită interferometrie și a unei colaborări dintre aceste radiotelescoape situate în locuri izolate din lume, precum Polul Sud sau deșertul Atacama.

Imaginea reprezintă ”fotografia” unei găuri negre supermasive, aflată în Galaxia M87, la 53 de milioane de ani lumina depărtare. Gaura neagră are 100 de miliarde de kilometri diametru (aproape de zece ori mai mare decât sistemul solar) și conține masa echivalentă a 6,5 miliarde de ”sori”. Spre comparație, Sagittarius A*, gaura neagră din centrul galaxiei noastre, se găsește la o distanță de 26.000 de ani lumină de Terra și are un diametru de 60 milioane km.

Rețeaua globală de radiotelescoape EHT folosește tehnica numită interferometrie, prin care astronomi de la observatoare din diverse colțuri ale lumii observă simultan același obiect și apoi datele sunt combinate și colectate pe un supercomputer. Analiza datelor durează ani de zile.

Ei bine, cei de la EHT s-au uitat la observațiile din trecut pentru M87*, chiar dacă această gaură neagră era observată de mult mai puține radiotelescoape (din 2009 în 2012 au fost trei, din 2013 au fost patru, iar din 2017 au fost cinci, proiectul atingând maturitatea).

Seturile de date au fost analizate și, deși mai ales pentru cele din perioada 2009 -2013 este imposibil de creat o imagine, fiind prea puține informații, echipa s-a folosit de modelarea statistică pentru a detecta schimbări în aspectul lui M87 în acest timp.

În această abordare bazată pe modelare datele sunt comparate cu o familie de ”șabloane” geometrice, în cazul de față fiind vorba de inele de strălucire diferită. Un cadru statistic este utilizat apoi pentru a determina dacă datele corespund cu aceste modele și apoi pentru a găsi parametri care se potrivesc cel mai bine. Este un exemplu de ceea ce se numește ”creative data analysis” prin care sunt extrase date de la observațiile din trecut pentru a trage în prezent concluzii interesante ce vor fi folosite și în cercetările viitoare.

Analiza datelor din cei opt ani a arătat că gaura neagră s-a comportat conform așteptărilor teoretice și diametrul umbrei găurii negre a rămas corespunzător cu predicțiile teoriei generale a relativității a lui Einstein.

Rezultatele care i-au surprins și i-au bucurat pe oamenii de știință sunt că inelul ce înconjoară gaura neagră are o mișcare neuniformă și că au apărut oscilații în luminozitate.

Pentru prima oară se pot afla informații despre structura dinamică a fluxului de acreție, atât de aproape de orizontul găuri negre, în condiții extreme de gravitație

Gazul care ”cade” într-o gaură neagră ajunge să aibă temperaturi de miliarde de grade și devine turbulent în prezența câmpurilor magnetice, spune Maciek Wielgus de la Smithsonian Center for Astrophysics. ”Ne așteptam la aceste turbulențe. Este ceea ce numim instabilitate magneto – rotațională. Există o imprevizibilitate de comportament: se pare că se formează în diverse locuri un fel de bule strălucitoare”, spune el.

Găurile negre sunt uriașe, puternice, îndepărtate și misterioase. Gaura neagră este un mediu extrem, un obiect cosmic atât de dens, încât lumina nu poate scăpa de câmpul său gravitațional.

Discul de acreție este structura formată din materia care orbitează în jurul găurii negre și este compus din praf stelar rezultat după ce stelele din vecinătate sunt pulverizate de gravitația găurii negre.

Centrul unei găuri negre se numește singularitate, iar în jurul ei se află un câmp gravitațional atât de puternic încât orice obiect ce pătrunde în perimetrul câmpului dispare în gaura neagră. Câmpul gravitațional a fost denumit orizontul evenimentului.

Studiul a fost publicat în The Astrophysical Journal și are titlul “Monitoring the Morphology of M87* in 2009–2017 with the Event Horizon Telescope.”

Surse: MIT Review, space.com, BBC