Podczas obserwacji supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki odległej od nas o 800 milionów lat świetlnych, astronom z Uniwersytetu Stanforda Dan Wilkins zauważył niezwykły widok. Po rozbłysku, które czasem towarzyszą czarnym dziurom, następowały kolejne, ale słabsze i o nieco innych długościach fali. 

Takie echo to obraz promieniowania dochodzącego zza czarnej dziury. Tak twierdzą astronomowie, których pracę publikuje dziś „Nature”. Gdyby nie zakrzywienie czasoprzestrzeni, przewidziane przez ogólną teorię względności Einsteina, nie dobiegłoby w ogóle do naszych oczu. 

Jest czarna, ale rozbłyska. Paradoksy czarnych dziur 

Z czarnej dziury nie może się wydostać nawet światło. Taka zresztą jest jej definicja: to obszar, z którego prędkość ucieczki jest większa nawet od prędkości światła. Możemy jednak obejrzeć jej powierzchnię, spod której nic nie ma prawa się wydostać. 

Materia krążąca wokół czarnych dziur, zanim wpadnie pod powierzchnię, jest rozpędzana do gigantycznych prędkości. To sprawia, że rozgrzewa się do temperatury milionów stopni i emituje promieniowanie. 

Materia i promieniowanie uwięzione są w potężnym polu magnetycznym. Podobnie jak w przypadku Ziemi czy Słońca, linie pola magnetycznego zbiegają się w okolicy biegunów. Stamtąd rozpędzone cząstki mogą uciekać w postaci charakterystycznych dżetów (strug). Nie wszystkie czarne dziury takie dżety emitują. 

Wszystkie mogą rozbłysnąć, gdy linie pola magnetycznego wygną się tak mocno, że ulegną przerwaniu. Następuje wtedy gwałtowny rozbłysk fal rentgenowskich. Podobne zjawiska należą do najjaśniejszych we Wszechświecie. Taki właśnie rozbłysk zaobserwowali astronomowie w odległej galaktyce. I dostrzegli coś jeszcze. 

Czarna dziura, czyli gdy tył jest z przodu 

Gdy przyjrzeli się rozbłyskom dokładniej, stwierdzili, że towarzyszyły jej kolejne – znacznie słabsze, w nieco innym zakresie fal. To światło, które dobiegło do nas z tyłu czarnej dziury. Bowiem czarne dziury mają jeszcze inną niezwykłą właściwość: pokazują, co się dzieje po ich stronie fizycznie dalszej od obserwatora. 

To skutek zakrzywienia czasoprzestrzeni, wynikający z teorii względności. Olbrzymia masa czarnej dziury zakrzywia czasoprzestrzeń tak, że dobiegają do nas fotony z odwróconej od nas strony. Gdybyśmy się znaleźli w takiej odległości od czarnej dziury, z tego samego powodu moglibyśmy oglądać własne plecy! 

Efekt ten uwzględniły animacje supermasywnej czarnej dziury w filmie „Interstellar”. Krążący wokół niej dysk rozgrzanej i świecącej materii widać cały, choć zniekształcony, nawet gdy widzimy go „z przodu” a czarna dziura powinna go zasłaniać. Podobny efekt zaobserwowali właśnie astronomowie. 

Echo rozbłysku czarnej dziury to potwierdzenie teoretycznych wyliczeń 

Odkrycie takiego rentgenowskiego echa stanowi potwierdzenie teoretycznych wyliczeń fizyków. Są znane od czasów ogłoszenia ogólnej teorii względności przez Einsteina. Nie były jednak potwierdzone obserwacjami aż do dziś. 

– Pół wieku temu astrofizycy zaczęli spekulować, jak zachowują się pola magnetyczne wokół czarnych dziur. Nie mieli pojęcia, że pewnego dnia będziemy mieli możliwość bezpośrednich obserwacji. To oglądanie ogólnej teorii względności w akcji – mówi prof. Roger Blandford, fizyk ze Stanfordu i współautor pracy. 

Badacze mają nadzieję, że więcej okazji do obserwacji da im przyszła misja europejskiego satelity Athena (nazwa jest skrótem od Advanced Telescope for High Energy Astrophysics). Stanie się to jednak dopiero w 2031 roku. – Athena będzie mieć większe zwierciadło niż jakikolwiek teleskop rentgenowski przedtem i pozwoli nam na uzyskiwanie obrazów w lepszej rozdzielczości w krótszym czasie – tłumaczy Dan Wilkins. 

Źródło: Eurekalert, Stanford University, Nature