EHT teleskopo (Event Horizon Telescope) duomenys suteikia mokslininkams naują idėją apie pabaisą, vadinamą Paukščių Taku. Šių duomenų dėka pirmą kartą atidžiau pažvelgėme į juodąją skylę.

Radijo teleskopų sistema, esanti aplink Žemę ir mes ją vadiname EHT (įvykių horizonto teleskopas), orientuota į keletą milžinų. Šaulys A yra supermasyvi juodoji skylė Paukščių Tako centre ir dar didesnė juodoji skylė, esanti už 53,5 mln. šviesmečių M87 galaktikoje. 2017 metų balandį observatorijos susivienijo, kad stebėtų juodųjų skylių ribas, kur gravitacinė jėga yra tokia stipri, kad net šviesos spinduliai negali iš jos išeiti. Po beveik dvejų metų duomenų palyginimo mokslininkai paskelbė pirmuosius gautus šių stebėjimų vaizdus. Dabar mokslininkai tikisi, kad nauji vaizdai gali mums daugiau pasakyti apie juodąsias skyles.

Kaip iš tikrųjų atrodo juodoji skylė?

Juodosios skylės tikrai vertos savo vardo. Milžiniškas gravitacijos žvėris neskleidžia šviesos jokioje elektromagnetinio spektro dalyje, todėl atrodo, kad jie neegzistuoja savaime. Tačiau astronomai žino, kad jie ten yra dėl tam tikro tipo palydovų. Kai jų gravitacinė jėga pulsuoja per žvaigždžių dujas ir dulkes, aplink juos susidaro besisukančio akrecinio disko pavidalo medžiaga, o jų atomai susiduria vienas su kitu. Ši veikla skleidžia „baltąją šilumą“ ir skleidžia rentgeno spindulius bei kitą didelės energijos spinduliuotę. Juodosios skylės, prisotintos daugiausia „neapykantos“, tada apšvitina visas aplinkinių galaktikų žvaigždes.

Numatoma, kad EHT teleskopo vaizde Sagittaria A Paukščių Tako regione, dar vadinamame Sgr A, ant savo kompaniono ryškios medžiagos akrecijos disko bus juodosios skylės šešėlis. Kompiuterinis modeliavimas ir gravitacinės fizikos dėsniai suteikia astronomams gana gerą supratimą, ko tikėtis. Dėl didelės gravitacinės jėgos šalia juodosios skylės akrecinis diskas bus deformuotas aplink žiedo horizontą ir ši medžiaga bus matoma už juodosios skylės. Gautas vaizdas tikriausiai bus asimetriškas. Gravitacija lenkia šviesą iš vidinės disko dalies link Žemės stipriau nei išorinę, todėl žiedinė dalis tampa šviesesnė.

Ar aplink juodąją skylę galioja bendrosios reliatyvumo dėsniai?

Tiksli žiedo forma gali išspręsti labiausiai varginantį teorinės fizikos aklavietę. Du fizikos ramsčiai yra Einšteino bendrosios reliatyvumo teorija, valdanti masyvius ir gravitaciniu požiūriu stiprius objektus, tokius kaip juodosios skylės, ir kvantinė mechanika, valdanti keistą subatominių dalelių pasaulį. Kiekviena teorija veikia savo srityje. Tačiau jie negali dirbti kartu.

Fizikė Lia Medeiros iš Arizonos universiteto Tuksone sako:

„Bendroji reliatyvumo teorija ir kvantinė fizika yra tarpusavyje nesuderinami. Jei juodosios skylės srityje bus taikomas bendrasis reliatyvumas, tai gali reikšti proveržį fizikos teoretikams“.

Kadangi juodosios skylės yra pati ekstremaliausia gravitacinė aplinka visatoje, jos yra geriausia aplinka gravitacijos teorijos testavimui nepalankiausiomis sąlygomis. Tai tarsi mėtyti teorijas į sieną ir tikėtis, ar ir kaip jos ją sugriaus. Jei bendroji reliatyvumo teorija galioja, tai mokslininkai tikisi, kad juodoji skylė turės specifinį šešėlį, taigi ir apskritimo formą, jei Einšteino teorija netiks, tai šešėlis bus kitokios formos. Lia Medeiros ir jos kolegos taikė kompiuterinį modeliavimą skirtingiems 12 000 juodųjų skylių šešėliams, kurie gali skirtis nuo Einšteino teorijų.

L. Mederios sako:

„Jei rasime ką nors kitokio (alternatyvios gravitacijos teorijos), tai bus kaip kalėdinė dovana“.

Net nedidelis nukrypimas nuo bendrojo reliatyvumo padėtų astronomams įvertinti tai, ką jie mato iš to, ko jie tikisi.

Ar mirusios žvaigždės vadinamos pulsarais, supančiais juodąją skylę Paukščių Take?

Kitas būdas patikrinti bendrąjį reliatyvumą aplink juodąsias skyles yra stebėti, kaip žvaigždės juda aplink jas. Kai žvaigždžių šviesa teka per šalia esančios juodosios skylės ekstremalų gravitacinį lauką, šviesa „ištempia“ ir taip mums atrodo raudonesnė. Šis procesas vadinamas „gravitaciniu raudonuoju poslinkiu“ ir buvo numatytas bendrosios reliatyvumo teorijos. Praėjusiais metais astronomai jį stebėjo netoli SgrA regiono. Kol kas geros naujienos Einšteino teorijai. Dar geresnis būdas patvirtinti šį reiškinį – atlikti tą patį testą su pulsarais, kurie greitai sukasi ir reguliariais intervalais nušluoja žvaigždėtą dangų spinduliuotės pluoštais, mums atrodo tarsi pulsuojantys.

Gravitacinis raudonasis poslinkis taip sutrikdytų reguliarų metronominį bėgimą ir juos stebint būtų galima tiksliau patikrinti bendrosios reliatyvumo teoriją.

Scottas Ransonas iš Nacionalinės astronomijos observatorijos Šarlotsvilio mieste sako:

„Daugumai žmonių, stebinčių SgrA regioną, būtų svajonė atrasti pulsarą arba pulsarus, skriejančius aplink juodąją skylę. Pulsarai gali pateikti daug labai įdomių ir labai detalių bendrojo reliatyvumo testų.

Tačiau, nepaisant kruopštaus stebėjimo, pulsaras dar nerastas pakankamai arti SgrA regiono. Iš dalies todėl, kad galaktikos dulkės ir dujos išsklaido jų spindulius ir apsunkina jų fokusavimą. Tačiau EHT suteikia geriausią vaizdą į radijo bangų centrą, todėl S.Ransomas ir jo kolegos tikisi, kad jiems pavyks susikaupti. „Tai kaip žvejybos ekspedicija, tikimybė sugauti labai maža, bet verta“, – priduria S.Ransomas.

Pulsaras PSR J1745-2900 (iliustracijoje kairėje) buvo aptiktas 2013 m. Jis skrieja tiksliai 150 šviesmečių atstumu aplink juodąją skylę galaktikos centre. Tačiau tai per toli, kad čia vyktų tikslūs bendrosios reliatyvumo teorijos testai. Pats šio pulsaro egzistavimas suteikia astronomams vilties, kad naudodamiesi EHT jie atras kitus ir artimesnius pulsarus arčiau juodosios skylės.

Kaip juodosios skylės gamina purkštukus?

Kai kurios juodosios skylės yra aistringos valgytojos ir įsiurbia didžiulius kiekius dujų bei dulkių, o kitos yra išrankios. Niekas nežino, kodėl taip yra. Atrodo, kad SgrA yra įkyrus valgytojas su stebėtinai tamsiu disku, nepaisant masės, lygios 4 milijonams saulės masių. Kitas EHT taikinys, juodoji skylė galaktikoje M87, yra aistringas valgytojas. Jis sveria net nuo 3,5 iki 7,22 milijardo saulės. Ir kad, be didžiulio sukaupto akrecinio disko šalia jo, jis taip pat smarkiai iššauna įkrautų subatominių dalelių srautą į 5 šviesmečių atstumą.

Thomaso Krichbaumo radijo astronomijos institutas Bonoje sako:

„Šiek tiek prieštaringa manyti, kad juodoji skylė iš viso ką nors išstumia.

Žmonės dažniausiai mano, kad juodoji skylė tik sugeria. Daugelis juodųjų skylių gamina purkštukus, kurie yra ilgesni ir platesni nei visos galaktikos ir gali pasiekti milijardus šviesmečių nuo juodosios skylės.

Natūralus klausimas – koks tai gali būti galingas energijos šaltinis, skleidžiantis čiurkšles į tokius didelius atstumus. EHT dėka mes pagaliau pirmą kartą galime atsekti šiuos įvykius. Taigi galime įvertinti juodosios skylės magnetinio lauko stiprumą M87 galaktikoje, matuodami EHT, nes jie yra susiję su srovės stiprumu. Matuojant purkštukų savybes, kai jie yra šalia juodosios skylės, padeda nustatyti, iš kur ji sklinda – iš jo disko vidaus, ar iš kitos disko dalies, ar iš pačios juodosios skylės.

Šie stebėjimai taip pat gali paaiškinti, ar purkštukai kilę iš juodosios skylės, ar iš greitai tekančios medžiagos diske. Kadangi purkštukai gali nešti medžiagą iš galaktikos centro į tarpgalaktinį regioną, tai gali paaiškinti poveikį galaktikų evoliucijai ir augimui. Ir net ten, kur gimsta planetos ir žvaigždės.

T. Krichbaumas sako:

„Svarbu suprasti galaktikų evoliuciją nuo ankstyvo juodųjų skylių susidarymo iki žvaigždžių gimimo ir galiausiai iki gyvybės gimimo. Tai labai didelė istorija, o tyrinėdami juodųjų skylių purkštukus, mes tik pridedame mažus gabalėlius į didžiąją gyvenimo dėlionę.

Leidėjo pastaba: Ši istorija buvo atnaujinta 1 m. balandžio 2019 d., siekiant nurodyti M 87 juodosios skylės masę: galaktikos masė yra 2,4 trilijono kartų didesnė už Saulės masę. Vien juodoji skylė turi kelių milijardų saulių masę. Papildymas, juodosios skylės modeliavimas yra pavyzdys, patvirtinantis Einšteino bendrosios reliatyvumo teoriją, o ne ją paneigiantis.