Superhmotná černá díra Sagittarius A* se nachází v samotném srdci Mléčné dráhy (Galaxie)

Vědci po dlouhá léta sledují hvězdy obíhající kolem neviditelného, kompaktního a velmi hmotného tělesa ležícího v centru naší Galaxie. Na základě těchto pozorování usoudili, že objekt označovaný Sagittarius A* by pravděpodobně mohl být černou dírou. Prezentovaný snímek přináší dlouho očekávaný pohled, který je prvním přímým vizuálním důkazem správnosti této domněnky.

Vzhledem k tomu, že černá díra je zcela temná, nemůžeme ji spatřit přímo. Zářící plyn okolo však odhaluje neklamné známky její přítomnosti: temnou centrální oblast označovanou jako stín černé díry a jasný prstenec kolem. Záběr zachycuje paprsky světla zakřivené v silném gravitačním poli černé díry, která je 4milionkrát hmotnější než Slunce.

"Byli jsme překvapeni, jak dobře souhlasí pozorovaná velikost prstence s předpovědí Einsteinovy obecné teorie relativity," říká Geoffrey Bower (Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica, Taipei), vědecký pracovník projektu EHT. "Tato bezprecedentní pozorování výrazně zlepšila naše chápání dějů, které se odehrávají v samotném centru naší Galaxie, a přinášejí nový pohled na interakci obřích černých děr s okolím." Výsledky práce týmu EHT byly zveřejněny ve speciálním čísle časopisu Astrophysical Journal Letters.

Jelikož se černá díra nachází 27 tisíc světelných let od Země, má na obloze asi stejnou úhlovou velikost jako ořech na povrchu Měsíce. Aby ji bylo možné zobrazit, vytvořili vědci výkonný superteleskop EHT, který propojil osm existujících radioteleskopů na celé planetě. Vznikl tak unikátní virtuální dalekohled o průměru srovnatelném se Zemí [1]. EHT sledoval objekt Sagittarius A* po několik nocí během roku 2017 a sbíral data po mnoho hodin, tedy způsobem, který se podobá pořizování fotografií s velmi dlouhou expozicí.

Kromě jiných zařízení se do sestavy EHT zapojili také observatoř ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) a teleskop APEX (Atacama Pathfinder Experiment) pracující v poušti Atacama v Chile, jejichž spoluvlastníkem a spoluprovozovatelem je ESO zastupující své členské státy z Evropy. Na projektu EHT se však podílí i další evropské vědecké instituce se svými přístroji: 30m radioteleskop IRAM ve Španělsku a od roku 2018 také pole antén NOEMA (NOrthern Extended Millimeter Array) ve Francii. Superpočítač, který byl použit ke kombinaci dat získaných EHT, sídlí v Max Planck Institute for Radio Astronomy v Německu. Evropa se podílela také na financování projektu konsorcia EHT a to prostřednictvím grantů European Research Council a Max Planck Society v Německu.

"Je úžasné, že ESO hrála po mnoho uplynulých let takto významnou roli při odhalování tajemství černých děr a především objektu Sgr A*," konstatuje Xavier Barcons, generální ředitel ESO. "ESO přispěla k výsledkům EHT nejen pozorováním pomocí ALMA a APEX, ale v minulosti - prostřednictvím svých dalších observatoří v Chile - také řadou dílčích průlomových objevů v centru Galaxie." [2]

Tento úspěch projektu EHT navazuje na první snímek černé díry zveřejněný v roce 2019, která se nachází v centru galaxie M87 a vědci ji dnes označují M87*.

Tyto dva objekty jsou si velmi podobné, a to přesto, že černá díra ve středu naší Galaxie je více než 1 000krát menší a méně hmotná než M87* [3]. "Máme zde dva různé typy galaxií a dvě černé díry s velmi rozdílnou hmotností, přesto jsou si poblíž okraje překvapivě podobné," upozorňuje profesorka Sera Markoff (spolupředsedkyně EHT Science Council; University of Amsterdam, Nizozemí). "To znamená, že při pohledu zblízka řídí jejich chování obecná relativita a odlišnosti pozorovatelné ve větších vzdálenostech musí být důsledkem rozdílných vlastností hmoty, která černé díry obklopuje."

Dosáhnout tohoto výsledku však bylo o poznání obtížnější než v případě M87*, a to přesto, že objekt Sgr A* je mnohem blíže k nám. Vědecký pracovník týmu EHT Chi-kwan Chan (Steward Observatory; Department of Astronomy a Data Science Institute of the University of Arizona, USA) vysvětluje: "Plyn v blízkosti černých děr, jak v jádře galaxie M87 tak v případě Sgr A*, se pohybuje stejnou rychlostí - téměř rychlostí světla. Ale zatímco v případě M87* mu jeden oběh trvá dny až týdny, u mnohem menší Sgr A* jsou to sotva minuty. To znamená, že jasnost a rozložení plynu kolem Sgr A* se měnily během pozorování EHT velmi rychle - bylo to trochu jako pořídit ostrou fotku štěněte honícího si svůj vlastní ocásek."

Vědci proto museli vyvinout sofistikované nástroje, které berou v úvahu pohyb plynu kolem černé díry Sgr A*. Zatímco M87* byla snadnějším, stabilnějším cílem, kde téměř všechny snímky vypadaly úplně stejně, v případě Sgr A* byla situace úplně jiná. Záběr zachycující Sgr A* je tak průměrem různých snímků, které členové týmu zvolili, aby poprvé zviditelnili obra obývajícího střed naší Galaxie.

Podařilo se to díky úsilí více než 300 vědců z 80 institucí celého světa, kteří společně tvořili tým EHT Collaboration. Kromě vývoje složitých nástrojů umožňujících překonat nástrahy zobrazování objektu Sgr A* členové týmu pět let usilovně využívali superpočítače ke skládání a analýze získaných dat a vytvářeli unikátní knihovnu simulovaných obrazů černých děr, které porovnali s pozorováním.

Vědci jsou především nadšeni z toho, že konečně mají k dispozici snímky dvou černých děr zcela rozdílných hmotností, což přináší příležitost pochopit, v čem jsou srovnatelné a v čem rozdílné. Začali rovněž využívat data k testování teorií a modelů chování plynu kolem superhmotných černých děr. Tyto procesy totiž nejsou zcela pochopeny, i když se předpokládá, že hrají klíčovou roli při vzniku a vývoji galaxií.

"Nyní můžeme zkoumat rozdíly mezi těmito dvěma černými děrami a získat nové poznatky o tom, jak tyto důležité procesy probíhají," dodává Keiichi Asada, vědecký pracovník EHT (Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica, Taipei). "Máme k dispozici snímky dvou různě velkých superhmotných černých děr vyskytujících se ve vesmíru - jedné velké a druhé, v měřítcích těchto objektů, malé. Můžeme tak výrazně pokročit při testování chování gravitace v extrémních podmínkách."

Spolupráce na projektu EHT pokračuje i nadále: v březnu roku 2022 proběhla velká pozorovací kampaň s ještě větším počtem teleskopů. Postupné rozšiřování sítě EHT a výrazná technologická vylepšení vědcům v blízké budoucnosti umožní získat další pozoruhodné záběry a dokonce animace okolí černých děr.

Poznámky

[1] V dubnu 2017, kdy se pozorování uskutečnilo, se na činnosti EHT podílely tyto observatoře: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), IRAM 30-meter Telescope, James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano (LMT), Submillimeter Array (SMA), UArizona Submillimeter Telescope (SMT), South Pole Telescope (SPT). Od té doby se do projektu zapojily: Greenland Telescope (GLT), NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) a UArizona 12-meter Telescope (Kitt Peak).

ALMA je projekt, na kterém se podílejí Evropská jižní observatoř (ESO; Evropa, reprezentuje své členské státy), NFS (U. S. National Science Foundation, USA) a NINS (National Institutes of Natural Sciences, Japonsko) společně s NRC (National Research Council, Kanada), MOST (Ministerstvo vědy a techniky, Taiwan), ASIAA (Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, Taiwan) a KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute, Korejská republika) ve spolupráci s Chilskou republikou. Společnou observatoř ALMA provozuje ESO, AU Associated Universities, Inc./National Radio Astronomy Observatory (AUI/NRAO) a NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan). APEX - společný projekt Max Planck Institute for Radio Astronomy (Německo) a Onsala Space Observatory (Švédsko) a ESO - provozuje ESO. IRAM 30-meter Telescope provozuje IRAM (partnerskými organizacemi jsou MPG/Německo, CNRS/Francie, IGN/Španělsko). JCMT (James Clerke Maxwell Telescope) provozuje EAO (East Asian Observatory), která zastupuje tyto organizace: NAOJ; ASIAA; KASI; National Astronomical Research Institute of Thailand; Center for Astronomical Mega-Science a další ve Spojeném království a Kanadě. LMT (Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano) provozují INAOE a UMass. SMA provozují Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian a ASIAA. UArizona SMT provozuje University of Arizona. SPT provozuje University of Chicago se speciálními přístroji pro EHT, které poskytuje University of Arizona.

GLT (Greenland Telescope) provozují ASIAA a SAO (Smithsonian Astrophysical Observatory). GLT je součástí projektu ALMA-Taiwan, který je částečně podporován AS (Academia Sinica) a MOST. Zařízení NOEMA provozuje IRAM. UArizona 12-meter telescope (Kitt Peak) provozuje University of Arizona.

[2] Základ pro interpretaci těchto nových snímků položil předchozí výzkum objektu Sgr A*. Od roku 1970 astronomové vědí o jasném rádiovém zdroji s vysokou hustotou v centru Galaxie, které se na obloze promítá do souhvězdí Střelce. Na základě 30 let trvajících opakovaných měření poloh a určení oběžných drah několika hvězd v těsné blízkosti Sgr A* týmy pod vedením Reinharda Genzela (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching u Mnichova, Německo) a Andrei M. Ghez (Department of Physics and Astronomy, University of California, Los Angeles, USA) dospěly k závěru, že v případě objektu o této hmotnosti a hustotě se s největší pravděpodobností jedná o superhmotnou černou díru. K výzkumu byly využity zařízení ESO (včetně dalekohledu VLT/Very Large Telescope a interferometru VLTI/Very Large Telescope Interferometer) a Keckovy observatoře. Za práce jim byla v roce 2020 udělena společná Nobelova cena za fyziku (2020 Nobel Prize in Physics).

[3] Černé díry jsou jediné známé objekty, u kterých je velikost úměrná hmotnosti. Černá díra 1 000krát hmotnější je také 1 000krát větší.

Další informace

Výzkum byl prezentování v šesti článcích publikovaných v časopise Astrophysical Journal Letters.

V týmu EHT Collaboration pracuje více než 300 výzkumníků z Afriky, Asie, Evropy, Jižní i Severní Ameriky. Cílem této mezinárodní spolupráce je pořízení nejdetailnějších snímků černé díry pomocí virtuálního teleskopu o rozměrech srovnatelných s planetou Zemí. Díky značnému mezinárodnímu úsilí a s využitím novátorských technologií, kterými EHT propojuje existující teleskopy, vzniká principiálně nové zařízení s největším úhlovým rozlišením, jakého bylo dosud dosaženo.

Konsorcium EHT se skládá ze 13 zainteresovaných institucí: Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, University of Arizona, University of Chicago, East Asian Observatory, Goethe-Universitaet Frankfurt, Institut de Radioastronomie Millimétrique, Large Millimeter Telescope, Max Planck Institute for Radio Astronomy, MIT Haystack Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, Perimeter Institute for Theoretical Physics, Radboud University a Smithsonian Astrophysical Observatory.

Astronomická observatoř ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) je mezinárodním partnerským projektem organizací ESO, NSF (US National Science Foundation) a NINS (National Institutes of Natural Sciences) v Japonsku ve spolupráci s Chilskou republikou. ALMA je za členské státy financována ESO, NSF ve spolupráci s NRC (National Research Council of Canada) a NSC (National Science Council of Taiwan), MOST (Ministry of Science and Technology), NINS ve spolupráci s AS (Academia Sinica) na Taiwanu a KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute) v Koreji. Výstavba a provoz observatoře ALMA jsou ze strany Evropy řízeny ESO, ze strany Severní Ameriky NRAO (National Radio Astronomy Observatory), která je řízena AUI (Associated Universities, Inc.), a za východní Asii NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan). Spojená observatoř ALMA (JAO, Joint ALMA Observatory) poskytuje jednotné vedení a řízení stavby, testování a provoz teleskopu ALMA.

APEX (Atacama Pathfinder EXperiment) je radioteleskop o průměru 12 m pracující v milimetrové a submilimetrové oblasti vlnových délek elektromagnetického záření, tedy mezi infračerveným a rádiovým oborem. Provoz přístroje APEX zajišťuje ESO na jedné z nejvýše položených observatoří světa v nadmořské výšce 5100 m na planině Chajnantor v severní části pouště Atacama v Chile. Zařízení bylo postaveno ve spolupráci Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR), Onsala Space Observatory (OSO) a ESO.

Evropská jižní observatoř (ESO) umožňuje vědcům z celého světa objevovat tajemství vesmíru ku prospěchu všech. Navrhujeme, stavíme a provozujeme pozemní observatoře světové úrovně, které astronomové využívají k řešení vzrušujících otázek a šíření fascinace astronomií. Podporujeme mezinárodní spolupráci v astronomii. ESO byla založena jako mezivládní organizace v roce 1962 a dnes ji tvoří 16 členských států - Belgie, Česko, Dánsko, Finsko, Francie, Irsko, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie - a dvojice strategických partnerů - Chile, která hostí všechny observatoře ESO, a Austrálie. Ústředí ESO, návštěvnické centrum a planetárium ESO Supernova se nachází v blízkosti Mnichova v Německu, zatímco chilská poušť Atacama, úžasné místo s jedinečnými podmínkami pro pozorování oblohy, hostí naše dalekohledy. ESO provozuje tři observatoře: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na hoře Paranal jsou to dalekohled VLT (Very Large Telescope) a interferometr VLTI (Very Large Telescope Interferometer), stejně jako dva přehlídkové teleskopy - VISTA pracující v infračervené oblasti a VST (VLT Survey Telescope) pro viditelné světlo. Na Observatoři Paranal bude ESO také hostit a provozovat pole teleskopů CTAS (Cherenkov Telesope Array South) pro detekci Čerenkovova záření v atmosféře - největší a nejcitlivější observatoř gama záření na světě. Společně s mezinárodními partnery provozuje ESO teleskopy pro milimetrovou a submilimetrovou oblast APEX a ALMA pracující na planině Chajnantor. Na hoře Cerro Armazones poblíž Paranalu stavíme nový dalekohled ELT (Extrémně velký dalekohled, Extremly Large Telescope) s primárním zrcadlem o průměru 39 m, který se stane "největším okem lidstva hledícím do vesmíru". Z našich kanceláří v Santiagu řídíme naši činnost v Chile a spolupráci s místními partnery a veřejností.

Odkazy

Hlavní články:

• článek I: The Shadow of the Supermassive Black Hole in the Center of the Milky Way
• článek II: EHT and Multi-wavelength Observations, Data Processing, and Calibration
• článek III: Imaging of the Galactic Center Supermassive Black Hole
• článek IV: Variability, Morphology, and Black Hole Mass
• článek V: Testing Astrophysical Models of the Galactic Center Black Hole
• článek VI: Testing the Black Hole Metric

Doplňující články:

• článek VII: Selective Dynamical Imaging of Interferometric Data
• článek VIII: Millimeter Light Curves of Sagittarius A* Observed during the 2017 Event Horizon Telescope Campaign
• článek IX: A Universal Power Law Prescription for Variability from Synthetic Images of Black Hole Accretion Flows
• článek X: Characterizing and Mitigating Intraday Variability: Reconstructing Source Structure in Accreting Black Holes with mm-VLBI

• webová sránka ESO EHT
• stránky EHT & tisková zpráva
• snímky teleskopu ALMA
• snímky teleskopu APEX

Kontakty

Petr Kabáth
národní kontakt
Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika
Email: eson-czech@eso.org

Jiří Srba
překlad

Geoffrey Bower
EHT Project Scientist, Institute of Astronomy and Astrophysics, Academic Sinica, Taipei and University of Hawai‘i at Manoa, US
Tel.: +1-808-961-2945
Email: gbower@asiaa.sinica.edu.tw

Huib Jan van Langevelde
EHT Project Director, JIVE and University of Leiden
Leiden, The Netherlands
Tel.: +31-521-596515
Email: huib.van.langevelde@me.com

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6670
Mobil: +49 151 241 664 00
Email: press@eso.org

Líbil se vám tento článek?

Podpořte tento web, třeba peněžitým darem, který bude využit k dalšímu technickému rozvoji stránek. Učinit tak můžete bankovním převodem na účet

2502526845 / 2010

Podpořit nás můžete i dalšími způsoby, třeba objednávku některé z knih, turistických průvodců. K rychlému provedení platby můžete využít i přiložený QR kód obsahující údaje k platbě v přednastavené částce 80 Kč. Výši částky si nakonec ale určete sami.