Czarne dziury przestały być zagadką !

Dotychczas wszelkie informacje na temat czarnych dziur były jedynie domysłami naukowców. Udało się jednak znaleźć sposób na dokładne zbadanie tych tajemniczych obiektów.

Czarne dziury od lat stanowiły zagadkę. Wszelkie znane metody badania obiektów astronomicznych opierają się na przeanalizowaniu wysyłanego lub odbijanego promieniowania. Czarne dziury pochłaniają jednak wszystkie fale skierowane w ich kierunku. Dlatego nie dało się zbadać nawet najbardziej podstawowych właściwości tych obiektów, takich jak ich wielkość czy masa.

Naukowcy jednak znaleźli rozwiązanie tego problemu. Postanowili zbadać spektrum fal elektromagnetycznych pochłanianych i emitowanych przez pewien zespół ciał niebieskich, w skład którego wchodziła czarna dziura oraz gwiazda zaliczająca się do błękitnych olbrzymów. Układ tych dwóch ciał niebieskich nazwano systemem Cygnus X-1.

W celu zmierzenia dokładnej odległości, w jakiej badany obiekt znajduje się od Ziemi, naukowcy wykorzystują najczęściej efekt paralaksy. Przez rok obserwują jak zmienia się położenie np. gwiazdy na niebie. Następnie, wykorzystując proste zasady geometrii, można łatwo obliczyć odległość obiektu od Ziemi.

Niestety system Cygnus X-1 znajduje się za daleko, aby można było zaobserwować go za pomocą większości teleskopów. Dlatego do pomiarów użyto stacji VLBA (z ang. Very Long Baseline Array), w skład której wchodzi aż 10 identycznych radioteleskopów rozmieszczonych m.in. w Teksasie i na Hawajach. Analiza sygnałów rejestrowanych przez wszystkie urządzenia pozwala z bardzo dużą dokładnością określać położenia obiektów we wszechświecie. 

Astronomowie oszacowali odległość czarnej dziury na 6060 lat świetlnych od Ziemi. Dla porównania Słońce jest oddalone od nas o prawie 150 mln km, co stanowi jedynie niewielki ułamek jednego roku świetlnego.

Kiedy badacze poznali już położenie obiektu, mogli skupić się na przestudiowaniu podstawowych jego właściwości, takich jak np. masa czy średnica. 

Obiekty o różnej masie poruszają się z określoną prędkością. Dlatego naukowcy do wyznaczenia masy czarnej dziury potrzebowali znać jej prędkość obiegową po orbicie. Wielkość tę najłatwiej obliczyć znając czas, w jakim obiekt się przemieści z punktu A do B. Oczywiście nie można było zbadać bezpośrednio czarnej dziury, dlatego wyliczono prędkość gwiazdy poruszającej się wokół niej. Na tej podstawie oszacowano jak porusza się czarna dziura. Ostatecznie naukowcy odkryli, że jest ona aż 15 razy cięższa niż nasze Słońce.

Pomiar średnicy czarnej dziury okazał się bardzo łatwy. Tak więc gdy naukowcy umieli już znaleźć dokładne położenie gwiazdy, poczekali, aż ta znajdzie się na linii łączącej Ziemię z czarną dziurą. Gdy to nastąpiło, radioteleskopy odebrały promieniowanie, które wyglądało jak błękitny pierścień, w środku którego znajdowała się czarna plama. Czarna dziura pochłonęła całe promieniowanie, więc puste miejsce w otrzymanym obrazie dokładnie odzwierciedlało jej wymiary.

Ostatecznie okazało się, że czarna dziura jest malutkim obiektem. Jej średnica wynosi jedynie 44 km, gdy Słońce ma średnicę równą 1392 mln km! Aż trudno sobie wyobrazić, że tak mały obiekt może ważyć aż 15 razy więcej niż najbliższa nam gwiazda. Te najnowsze wyliczenia pokazują jak ogromne siły grawitacyjne muszą działać w środku czarnych dziur, skoro w tak małej objętości skupiona jest tak duża masa.