Η πρώτη εικόνα της μαύρης τρύπας του Γαλαξία μας

Κεντρική φωτογραφία από space.com

Γ. Παράσχος (μέλος EHT, διδακτορικός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο της Κολωνίας και στο Max Planck Institute for Radio Astronomy της Βόννης)

Κ. Δασύρα (επίκουρη καθηγήτρια Τμήματος Φυσικής, ΕΚΠΑ)

Θ. Τραϊανού (μέλος EHT, μεταδιδακτορική ερευνήτρια Ανδαλουσιανού Ινστιτούτου Αστροφυσικής)

Πρότεινως, η ομάδα του Event Horizon Telescope (EHT ή Τηλεσκόπιο του Ορίζοντα Γεγονότων) αποκάλυψε την πρώτη εικόνα της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας στο κέντρο του δικού μας Γαλαξία, στον Τοξότη Α*.   Για την ακρίβεια, αυτό που παρατηρήθηκε είναι ένας δακτύλιος ύλης που στροβιλίζεται γύρω από τη μαύρη τρύπα και βρίσκεται στο λεγόμενο ορίζοντα γεγονότων της. Ο ορίζοντας γεγονότων είναι η επιφάνεια πέρα από την οποία μπορεί να διαφύγει το φως αντί να παγιδευτεί στη μαύρη τρύπα λόγω της βαρυτική της έλξης. Χάρη, λοιπόν, σε αυτό το δακτύλιο ύλης και την ακτινοβολία που εκπέμπει μπορέσαμε, έμμεσα, να ‘δούμε’ τη μαύρη τρύπα μας. Έτσι, στην πρόσφατα δημοσιευμένη εικόνα του ΕΗΤ φαίνεται μια ‘σκιά΄ από το κέντρο εώς τον ορίζοντα γεγονότων, και μετά ο δακτύλιος ύλης παραέξω, ο οποίος μπορεί μάλιστα να τροφοδοτήσει τη μαύρη τρύπα. Το κατόρθωμα αυτό, που έγινε είδηση σε όλο τον κόσμο, απέδειξε ότι όντως μια μεγάλη συγκέντρωση μάζας, ίση με 4 εκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου μας, αποτελεί τη μαύρη τρύπα του Γαλαξία μας. Ο ορίζοντας γεγονότων της είναι συγκρίσιμος με το 1/3 της απόστασης Γης-Ηλίου. Δεδομένου όμως ότι ο δακτύλιος ύλης σε αυτή την περιοχή περιστρέφεται με ταχύτητα κοντά στην ταχύτητα του φωτός – την μεγαλύτερη ταχύτητα που είναι δυνατόν να κινηθεί οτιδήποτε στο σύμπαν – η διεξαγωγή μιας παρατήρησης και η παραγωγή μιας εικόνας είναι δύσκολη υπόθεση. Ο δακτύλιος αλλάζει την εμφάνισή του μέσα σε λίγες ώρες και αυτό συμβάλλει στην ασυμμετρία της κατανομής του φωτός.

Η μέτρηση κατέστη δυνατή χάρη σε μια τεχνική που ονομάζεται συμβολομετρία πολύ μεγάλης γραμμής βάσης (Very Long Baseline Interferometry, συντ.: VLBI). Η συμβολομετρία βασίζεται στο να συνδυαστεί το σήμα από δυάδες τηλεσκοπίων, όσο μακριά κι αν είναι, αρκεί να γνωρίζουμε το χρόνο που το φως έφτασε στο κάθε τηλεσκόπιο. Η τεχνική εφαρμόζεται μόνο με ραδιοτηλεσκόπια, χάρη στον τρόπο που ανιχνεύεται το φως στα ραδιοφωνικά μήκη κύματος: ενώ στο οπτικό μπορούμε να καταγράψουμε την ένταση του φωτός από διάφορα σημεία του ουρανού σε κάμερες, στο ραδιοφωνικό μπορούμε να καταγράψουμε και την ένταση αλλά και την απαιτούμενη διαφορά χρόνου στα ηλεκτρονικά συστήματα. Έτσι μπορούμε να κάνουμε ενισχυτική συνέλιξη του σήματος. Η μεγάλη επιτυχία, λοιπόν, του πειράματος είναι ότι η ανάλυση της εικόνας ήταν ίση με αυτή ενός φανταστικού τηλεσκοπίου με διάμετρο όμοια με αυτή ολόκληρης της Γης, δεδομένου ότι χρησιμοποιήθηκαν ραδιοτηλεσκόπια σε διάφορες γωνιές της Γης. Από τη Χιλή στην Ισπανία, τη Χαβάη και το Νότιο Πόλο. Αυτό οδήγησε σε εικόνα που θα μπορούσε να διακρίνει ένα μήλο στην επιφάνεια της Σελήνης.  Επιπλέον, η παρατήρηση της περιοχής κοντά στην μαύρη τρύπα είναι πολύ πιο δύσκολη στο οπτικό λόγω της ενδογαλαξιακής σκόνης που βρίσκεται κατά μήκος της διαδρομής κι απορροφά το φως. Στα ραδιοκύματα ωστόσο, αυτό το πρόβλημα δεν υφίσταται, καθώς έχουν μεγάλο μήκος κύματος συγκριτικά με τους κόκκους της σκόνης που δρουν σαν ‘εμπόδιο’ κατά τη διάδοση του φωτός.

Η διαδικασία απεικόνισης που χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή της εικόνας του Τοξότη Α* είναι η ίδια με εκείνη της πρώτης εικόνας μιας μαύρης τρύπας, εκείνης του ραδιογαλαξία Μ87, η οποία δημοσιεύθηκε το 2019 από το ΕΗΤ. Από τότε, φυσικά, έχουν συμβεί πολλά. Χρησιμοποιώντας τα δεδομένα των ίδιων παρατηρήσεων, το EHT μελέτησε το μαγνητικό πεδίο στον άμεσο περίγυρο της μαύρης τρύπας του M87, μέσω της πόλωσης του φωτός. Αυτό πρόκειται για ένα πολύ σημαντικό εγχείρημα, καθώς το μαγνητικό πεδίο παίζει καθοριστικό ρόλο στη δημιουργία αστροφυσικών πιδάκων που μπορούν να επηρεάσουν το αέριο σε γαλαξίες. Σήμερα πραγματοποιούνται συνεχείς, βελτιωμένες παρατηρήσεις τόσο των δύο αυτών μελανών οπών, όσο και άλλων πηγών, που υπόσχονται συναρπαστικά αποτελέσματα και στο μέλλον. Για τις νέες παρατηρήσεις του ραδιογαλαξία 3C84 (γνωστού κι ως NGC1275 ή Α του Περσέα), κύριος επιστημονικός υπεύθυνος των παρατηρήσεων είναι ο Γιώργος Παράσχος, παλαιός προπτυχιακός και μεταπτυχιακός φοιτητής του Τομέα Αστροφυσικής, Αστρονομίας, και Μηχανικής του Τμήματος Φυσικής του ΕΚΠΑ και πλέον μέλος της μεγάλης διεθνούς ομάδας του ΕΗΤ.  Ακόμα μία Ελληνίδα της ομάδας είναι η Θάλεια Τραϊανού, που ηγείται με παρόμοιο τρόπο των παρατηρήσεων για το γαλαξία 3C454.3.