Gdy naukowcy pierwszy raz pokazali światu obraz czarnej dziury w galaktyce M87, zaparło nam dech w piersiach. Teraz ten kosmiczny potwór wraca – i znowu robi to z przytupem. Nowe badania pokazują, iż supermasywna czarna dziura w centrum M87 wiruje z prędkością aż 80 proc. maksymalnej dozwolonej przez prawa fizyki.
Czarna dziura w galaktyce M87 jest ogromna. Jej masa to około 5,8 mld razy więcej niż masa Słońca. Znajduje się 55 mln lat świetlnych od nas i jest jedną z największych, jakie znamy w naszym kosmicznym „sąsiedztwie”.
Nic dziwnego, iż to właśnie ją wybrano jako pierwszy cel dla teleskopu Event Horizon Telescope – globalnej sieci radioteleskopów, która w 2019 r. wykonała słynne ujęcie.
To zdjęcie obiegło cały świat, ale dziś, dzięki nowym analizom, odkrywamy, iż zawierało znacznie więcej informacji, niż początkowo sądzono. Wyniki badań opublikowano w serwisie Arxiv.
Niewyobrażalne prędkości
Naukowcy przyjrzeli się ponownie słynnemu „jasnemu punkcikowi” na pierścieniu wokół cienia czarnej dziury. Ta asymetria to nie przypadek – to efekt tzw. relatywistyczny efekt Dopplera, czyli zjawiska, w którym materia poruszająca się w naszą stronę z ogromną prędkością wydaje się jaśniejsza, niż ta oddalająca się. To właśnie dzięki tej różnicy w jasności udało się obliczyć, jak gwałtownie wiruje cały system.
Wynik? Prędkość rotacji wynosi co najmniej 80 proc. maksymalnej teoretycznej prędkości, jaką czarna dziura może osiągnąć, zanim zacznie się destabilizować. A maksimum to 0,998 w skali 0–1, gdzie 1 to granica wyznaczona przez ogólną teorię względności. Tymczasem M87 plasuje się przy 0,8 lub wyżej, co czyni ją jednym z najbardziej ekstremalnych obiektów rotujących we wszechświecie.
To jednak nie koniec. Naukowcy przyjrzeli się także płaszczyźnie magnetycznej wokół czarnej dziury – swego rodzaju drogowskazowi, pokazującemu, jak materia spiralnie opada do środka. Jak się okazało materia spada do czarnej dziury z prędkością około 23 proc. prędkości światła!
Więcej na Spider’s Web:
Gigant z umiarkowaną dietą
Mimo tej ekstremalnej prędkości M87 nie jest w tej chwili szczególnie łakoma. Szacuje się, iż pochłania od 0,00004 do 0,4 masy Słońca rocznie. Dla większości z nas to niewyobrażalna ilość materii, ale jak na czarną dziurę tej wielkości to naprawdę niewiele.
To jakby tygrys postanowił zadowolić się miską mleka.
Ten umiarkowany apetyt oznacza, iż M87 działa poniżej tzw. granicy Eddingtona, czyli poziomu, przy którym promieniowanie z pochłanianej materii byłoby tak silne, iż powstrzymałoby dalsze opadanie materii do środka. Innymi słowy – czarna dziura w M87 przechodzi w tej chwili dość spokojną fazę.
Ale choćby na tej „diecie” nie traci siły. Wręcz przeciwnie – energia generowana przez opadającą materię doskonale tłumaczy siłę słynnego dżetu, czyli wiązki cząstek wyrzucanej z centrum galaktyki z prędkością bliską prędkości światła. Ten strumień sięga na odległość tysięcy lat świetlnych i jest jednym z najbardziej spektakularnych widoków w całym kosmosie.
Laboratorium ekstremalnej fizyki
To badanie to coś więcej niż tylko ciekawostka. To realny krok naprzód w rozumieniu, jak działają supermasywne czarne dziury – i w jaki sposób wpływają na całe galaktyki. Przez lata naukowcy szacowali prędkość obrotu M87 na przedział od 0,1 do 0,98. Teraz dzięki połączeniu analizy jasności i pola magnetycznego udało się znacząco zawęzić ten zakres – i to na górnym końcu skali.
To oznacza, iż M87 to nie tylko czarna dziura – to żywe laboratorium badające granice fizyki. Każdy nowy pomiar, każda nowa analiza, przybliża nas do zrozumienia, jak działa czasoprzestrzeń w ekstremalnych warunkach, i może pomóc nam odpowiedzieć na pytania, które dziś wydają się zarezerwowane dla science fiction.
To dopiero początek
Naukowcy już zapowiadają, iż to nie koniec przygody z M87. niedługo do dyspozycji będą jeszcze bardziej zaawansowane teleskopy i techniki obrazowania. Możliwe, iż uda się choćby „sfilmować” ruch materii wokół czarnej dziury – w czasie rzeczywistym.
Jedno jest pewne: czarna dziura w M87 to obiekt, który jeszcze nieraz nas zaskoczy. I choć dzieli nas od niej 55 mln lat świetlnych, to właśnie tam – w tym dalekim, wirującym piekle – uczymy się najwięcej o tym, jak działa nasz wszechświat. I być może, jak się kiedyś skończy.
