Prva dejanska fotografija črne luknje. Vse do zdaj so bile računalniške simulacije in grafične ponazoritve. Črna luknja je v galaksiji Messier 87 in je dejanska senca, "luknja" na sredini posnetka. Žareči material okoli je snov, ki pada proti luknji in se pri tem močno segreva. Posnetek je zgodovinski mejnik, pričevalec o čudu tehnologije in človeškem naporu, čeravno komu morda ni videti ravno spektakularno. Foto: European Southern Observatory

Znanstveniki že dolgo želijo razumeti črne luknje, ene najekstremnejših, a obenem nedosegljivih objektov vesolja. Kdor bi se jih želel dotakniti ali od blizu preučevati, ne bi prišel nazaj. In kdor jih želi videti od daleč, jih ne more, ker so po definiciji – črne. Svetlobo požirajo, ne oddajajo.

Računalniško simulirana silhueta črne luknje. Foto: Nasa

V izziv je pred leti zagrizel mednarodni konzorcij Event Horizon Telescope (EHT). In kot so povedali na tiskovni konferenci: izziv je naposled premagan. Priskrbeli so prvo fotografijo črne luknje – kolikor se pač črne luknje sploh fotografirati da. Fotografija je naslovna v tem članku, s seboj pa nosi precej pojasnil in drobnega tiska. Še enkrat, same črne luknje ni mogoče fotografirati.

Val 2020: To je brez pretiravanja najboljša slika, kar jih je kdaj naredilo človeštvo

Črna luknja je zaradi težnosti tako ukrivljen prostor, da mu ne more uiti niti svetloba. Takšno težnost pa povzroča ekstremno zgoščena masa – če bi Zemljo zdruznili v črno luknjo, bi dobili manj kot centimetrsko zadevo. Ki je ne bi mogli videti neposredno.

Lahko pa bi ubrali dva obvoda. Opazovali bi senco, ki jo črna luknja meče, ali pa snov, ki pada vanjo. EHT je ubral oba pristopa, vsakega na svoji tarči.

Prva tarča je tudi predmet tokratne objave: jedro galaksije Messier 87, ki je 57 milijonov svetlobnih let stran. Tamkajšnja črna luknja je na splošno skrajnica, saj naj bi vsebovala nekje od 6 do 7 milijard Sonc mase. In zelo aktivna je. K sebi je privlekla ogromne količine snovi, ki se med približevanjem luknji vrtinči, medsebojno tre in močno segreva, posledično pa tudi sveti. EHT se je osredinil v samo središče in za to opravil opazovanja v radijski svetlobi. Dopolnila opazovanja so bila v visokoenergijskem delu spektra, rentgenskih žarkih in gama svetlobi.

Dobil je fotografijo akrecijskega diska, torej okoliškega materiala, in središčno senco črne luknje.

Video: Potovanje do središča Messierja 87

Tako naj bi bila videti črna luknja v M87, če bi prišli bližje, ponazarjajo na Evropskem južnem observatoriju. Foto: ESO/M. Kornmesser

Teleskop v velikosti Zemlje
Konzorcij je ustvaril navidezni teleskop v velikosti Zemlje. Združil je moči opazovalnic vse od Antarktike do Havajev, ki so se simultano obrnile proti tarči. Za koordinacijo so uporabili atomske ure.

Poglavitno delo je prišlo zatem. Vsak teleskop je prispeval en majhen košček precej večje slike. Vsi teleskopi skupaj so, poenostavljamo, prispevali vsak svoj košček v ogromni sestavljanki. En košček na tem koncu, drug na drugem, pa ogromno nezapolnjenega prostora. In znanstveniki so morali potem sklepati, kaj vse je vmes.

Pognali so računalnike in računali, kateri scenariji oblike črne luknje – oziroma njene sence – so teoretično mogoči. Nabor so nato primerjali z zbranimi točkami.

Spet ponazarjamo: če en delček sestavljanke na vrhu prikazuje košček očesa, drug delček pa spominja na kožuh in črto, potem verjetno gre za tigra, in manj verjetno za oceansko dno.

Teleskopi so torej navrgli nekaj koščkov sestavljanke, preostalo sliko so dorisali algoritmi.

Opazovanja so opravili leta 2017. Pretekla leta je konzorcij potrošil za zahtevna preračunavanja, ki so pripeljala do končne podobe.

Petabajti podatkov
Že logistično je bil projekt zahteven. Opazovali so več dni, vsak teleskop je pri tem nakopičil stotisoče gigabajtov podatkov. Samo ALMA je prispevala petabajt (milijon gigabajtov). Preveč, da bi to pošiljali prek medmrežja, zato so podatke morali shraniti na prenosne diske in jih pretovoriti, vse od Antarktike do osrednjega superračunalnika v Bonnu (Nemčija), kjer domuje oddelek inštituta Maxa Plancka za radioastronomijo.

Messier 87 in curek plazme, ki ga izmetava aktivno jedro. Foto: NASA, ESA, STScI/AURA, P. Cote
Fotografija v polni velikosti
povezava (velikost: 180 MB)

Goro podatkov so pretočili v računalniški grozd, nakar se je analize lotilo 200 strokovnjakov, ki so delo opravljali vse do zdaj. Odstraniti so morali vse domnevne šume, skupaj spraviti opazovanja različnih teleskopov, ki dajejo po definiciji različne izide (naj le kdo prilepi fotografijo 35-milimetrskega objektiva na 90-milimetrski, pa bo videl razliko), ustvariti "zemljevid" radijske slike ozadja in še marsikaj.

Na Strelca še čakamo

Druga tarča, s katero se še ukvarjajo in o kateri še nimajo končnega materiala, je Strelec A*, nam najbližja supermasivna črna luknja, ki je v središču domače Galaksije in je najbrž razlog, da je do človeštva sploh prišlo. Ocenjeno je, da vsebuje za 4,3 milijona Sonc mase. A kljub temu je relativno majhna, če bi jo posadili na sredino Osončja, bi ostala znotraj orbite Soncu najbližjega planeta Merkurja. Njen premer znaša "le" 60 milijonov kilometrov, kar z oddaljenosti 250 tisoč bilijonov kilometrov oziroma dobrih 26.000 svetlobnih – zelo majhno. Primerljivo je z opazovanjem pomaranče na Mesecu.

Središče Galaksije v rentgenski svetlobi na posnetku teleskopa Chandra, ki prikazuje 45 svetlobnih let dolgo področje. Na fotografiji so prikazani podatki iz 13 let opazovanj, Strelec A* je svetla pika prav na sredini. Oziroma se skriva za njo. Na fotografijo Strelca še čakamo. Foto: NASA/CXC/Columbia Univ./C. Hailey et al.

Strelec A* je neaktivno galaktično jedro, kar pomeni, da "požira" le malo okoliške snovi.

V konzorciju so upali, da jim bo poleg sence uspelo ujeti tudi t. i. dogodkovni horizont, kroglasto mejo črne luknje. Vse to bo najbrž predmet prihodnjih objav.

Sodelujoče opazovalnice
ALMA, APEX (Čile), IRAM 30m (Španija), LMT (Mehika), JCMT (Havaji) in antarktiški STP.

Ultimativni zapor
Poleg sence so si najbolj želeli dobiti še "sveti gral": dogodkovno obzorje. To je zunanji rob črne luknje, točka – ali natančneje, sfera – brez vrnitve. Kar gre prek obzorja, nikoli več ne pride nazaj. Najboljši zapor v vesolju.

Kaj je za dogodkovnim obzorjem, nihče zares ne ve. Znanstveniki so poskrbeli za kup učenih domnev, ki bodo najbrž še dolgo v sferi nepreverljivega. Snov vanjo pada, a kaj se s padlim zgodi? Se nabere v kepo z določenim obsegom ali se zdruzne v eno samo, "neskončno" zgoščeno točko? Se koncept prostora-časa zlomi in zavladajo nam neznani zakoni fizike? So črne luknje morda prehod v druga vesolja? Najbrž nikoli ne bomo vedeli.

Predstavljen prvi posnetek črne luknje

Znanost lahko le poskuša izvleči nekaj drobcev informacij iz zunanjosti in nato preverja, koliko se teorija (ne) sklada z njimi.

Še vedno preverjajo, ali je imel Einstein prav
Drugi cilj projekta je preveriti, ali se je znani fizik Albert Einstein kaj zmotil pri svojih napovedih o značilnosti črnih lukenj. Med drugim je teoretiziral, kakšne oblike sence črna luknja meče: biti bi morala popolnoma okrogla. Črna luknja v Messierju 87 se "lepo obnaša", točno po napovedih Einsteina, so povedali na tiskovni konferenci.

Video: Simulacija magnetohidrodinamike črne luknje

Dodatne videoponazoritve (računalniško ustvarjene) črnih lukenj: