Deseti april 2019 je datum koji će ući u istoriju. Do tada smo samo crtali i animirali crne rupe, od tog dana postoji bar jedna realna koju smo videli. Kako je došlo do tog neverovatnog poduhvata? Zašto baš sada? Zašto baš ta crna rupa? Kako se ispostavlja, sva priča može da se shvati kroz par lako razmljivih brojeva.

Razdvojna moć teleskopa ili radio teleskopa

Stavite palac i kažiprst blizu jedno drugom naspram svetlije pozadine i polako ih približavajte, kao na slikama dole.

Slike jesu malo van fokusa ali svejedno lepo se vidi da kako se otvor između prstiju smanjuje onda se pojavljuju njihove višestruke ivice koje se pri još manjem razmaku spajaju u magloviti most.

To je fundamentalna posledica talasne prirode svetlosti. Kada se svetlost savija oko ivice, kao što je naprimer otvor teleskopa, sabiranje i poništavanje talasa stvara višestruke slike i kao rezultat neizbežnu malu razmrljanost slike, utoliko veću ukoliko je otvor manji.

Posmatrači prepoznaju to svojstvo kao razdvojnu moć teleskopa. Što je veći otvor teleskopa razmrljanost slike je manja i mogu da se vide sitniji detalji, na primer tesne dvojne zvezde ili manji krateri na Mesecu.

Matematički izraz za tu razdvojnu moć dat je odnosom talasne dužine na kojoj se posmatra i prečnikom teleskopa („razmakom između prstiju“).

Radio talasi imaju veću talasnu dužinu pa na prvi pogled izgleda da radio teleskopi imaju manju razdvojnu moć od optičkih. To je zaista bio u slučaj na samom početku radio astronomije. Međutim zbog te veće talasne dužine površina radio teleskopa ne mora da bude tako dobro urađena kao površina ogledala optičkog teleskopa, pa je zato daleko lakše praviti velike radio teleskope.

A onda, pre više od pola veka, tehnologija je dozvolila radio astronomima da izmisle fantastičnu tehniku. Kao i kod dva prsta gore, da bi se postigla velika razdvojna moć nije neophodno da radio talasi padaju na svu veliku površinu. Dovoljno je samo da dva udaljena radio teleskopa posmatraju isti objekat u isto vreme! Kada se njihovi primljeni signali snime i posle kombinuju u laboratoriji, kombinovani signal ima istu razdvojnu moć kao i radio teleskop čiji prečnik je jednak rastojanju između dva upotrebljena teleskopa!

To je čuvena tehnika interferometrije koju je sada, zahvaljujući napretku tehnologije, moguće primeniti u manjoj razmeri i kod optičkih teleskopa.

U slučaju projekta „Horizont događaja“ (Event Horizon) astronomi su koristili radio teleskope na osam međusobno udaljenih lokacija.

Lokacije radio teleskopa projekta „Horizont događaja“.
Izvor: https://www.pbs.org/newshour/science/here-is-the-first-photo-of-a-black-hole

Najveće međusobno rastojanje između korišćenih radio teleskopa može da se proceni na oko 10 hiljada kilometara, ili 10⁷ metara. Svi su radili su na talasnoj dužini od 1 mm ili 10^-3 metara, gotovo na samoj donjoj granici radio domena.

Neizbežna razmrljanost slike ovog radio interferometra je dakle 10^-3/10⁷ = 10^-10, tako da njime mogu da se vidi detalji koji su toliko sitni da zahvataju ugao od samo 10^-10 radijana na nebu. Drugim rečima, ovaj sistem može da „vidi“ dugme na Mesecu!

Crne rupe u našoj Galaksiji

Pogledajmo sada koliko su velike obližnje crne rupe. Prvi cilj ovog projekta bila je supermasivna crna rupa u centru naše Galaksije.

Šematičan prikaz naše Galaksije, gledano normalno na ravan Mlečnog puta. Položaj Sunca i Sunčevog sistema je ukazan strelicom. Druga imena su oznake stvarnih spiralnih grana, date po Latinskim imenima sazvežđa u čijem smeru na nebu su te grane identifikovane gledajući sa Zemlje. Centralna supermasivna crna rupa se vidi u smeru sazvežđa Strelac (Sagittarius). Izvor http://www.atlasoftheuniverse.com/milkyway.html   

Astronomi su bili u stanju da već više od dve decenije prate kretanja zvezda koje su u bliskoj orbiti oko ove crne rupe i da po tome procene njenu masu na oko 4 milliona mase Sunce. Teorija nam kaže da crna rupa mase Sunca ima prečnik od 6 km, a da crne rupe veće mase imaju proporcionalno veći prečnik. Dakle prečnik ove naše crne rupe je oko 6 x 4 = 24 miliona kilometara!

Izgleda mnogo, pa je zgodno potsetiti se da je to ni polovina rastojanja između Sunca i njemu najbliže planete Merkura, a da taj prostor ovde sadrži masu ne jednog nego četiri miliona Sunca! To je fantastično predskazanje teorije crnih rupa.

Kako se vidi sa slike, naše rastojanje do centra Galaksije, dakle do ove crne rupe, je nešto manje od 30 hiljada svetlosnih godina, a pošto jedna svetlosna godina ima tek malo manje od 10¹³ kilometara, to rastojanje je dakle oko 3x10⁴ x 10¹³ = 3x10¹⁷ kilometara.

Ako sada podelimo prečnik centralne crne rupe sa ovim rastojanjem dobijamo da gledano sa Zemlje  supermasivna crna rupa u centru naše Galaksije zahvata fantastično mali ugao na nebu od samo 24x10⁶/ 3x10¹⁷ = 8 x 10^-11, što je približno 10^-10 radijana.

Koga zanima može da sračuna tačnije, ali i ovom procenom se vidi da je ugaoni prečnik supermasivne crne rupe naše Galaksije na samoj granici razdvojne moći projekta „Horizont događaja“, pa su njihovi radio teleksopi nekoliko godina zato pažljivo pratili ovaj objekat. Za sada još nema vesti ili najave novih rezultata ali to je samo pitanje vremena!

Pored ove centralne, supermasivne crne rupe koja je bez sumnje nastala na početku procesa stvaranja naše Galaksije, očekuje se da je tu i veliki broj crnih rupa zvezdane mase, od bar 3 pa do možda 50 masa Sunca, koje su nastale kao ostatak supernova eksplozija na kraju života masivnih zvezda u klasi super džinova.  Takva će na primer biti sudbina Betelgeza, Rigela, ili Deneba.

Procena je da naša Galaksija sadrži i do oko 100 miliona takvih crnih rupa od kojih je za sada identifikovano tek dvanaestak! One su sve po nekoliko puta bliže od centra naše Galaksije, ali su im mase pa prema tome i prečnici od 100 hiljada do milion puta manji od prečnika centralne supermasivne crne rupe. Zato ni jedna crna rupa koja je nastala eksplozijom supernove u našoj Galaksiji nema dovoljno veliki ugaoni prečnik da bi mogli da je vide kombinovani radio teleskopi projekta „Horizont događaja.“ Da bi ih videli trebaće nam radio interferometar između Zemlje i recimo Neptuna!

Dakle u našoj Galaksiji imamo realnu šansu da vidimo samo centralnu supermasivnu crnu rupu. Ako hoćemo da vidimo još neku, to može da bude samo još masivnija supermasivna crna rupa u centru neke galaksije koja nije tako daleko…