Η πρώτη εικόνα μιας μαύρης τρύπας.

Η πρώτη πραγματική εικόνα μιας μαύρης τρύπας.

Τι είναι όμως μια μαύρη τρύπα; Θεωρητικά ένα σημείο στο χώρο με άπειρη πυκνότητα και μηδενικό μέγεθος. Ένα σημείο με τεράστια μάζα που έλκει τα πάντα γύρω του, ακόμα και το ίδιο το φως. Η ύλη που πλησιάζει μια μαύρη τρύπα έλκεται με τέτοιο τρόπο που αρχίζει να περιφέρεται κυκλικά γύρω της. Όπως όταν ρίχνεις νερό σε μια υδρορροή και το βλέπεις να στριφογυρίζει και να χάνεται. Γύρω από τη μαύρη τρύπα δημιουργείται λοιπόν ένας δίσκος, ο λεγόμενος δίσκος προσαύξησης. Η ύλη που βρίσκεται εκεί κάνει το ταξίδι της σε ένα μέρος εντελώς άγνωστο για εμάς, καθώς δεν το έχουμε παρατηρήσει ποτέ!

Τι είναι ορίζοντας γεγονότων; Το σημείο δίχως επιστροφή λέγεται ορίζοντας γεγονότων. Η ύλη και το φως που περνάει από κει πέφτει μέσα στη μαύρη τρύπα και παύει να είναι αντιληπτή από εμάς. Σύμφωνα δε με τον Hawking δε χάνονται όλα καθώς μια μαύρη τρύπα μπορεί να εκπέμψει ακτινοβολία Hawking.

Αυτό ακριβώς είναι η φωτογραφία που δόθηκε στη δημοσιότητα στις 10 Απριλίου 2019. Μια φωτογραφία που δείχνει την ύλη που περιφέρεται γύρω από μια μαύρη τρύπα και μια σκοτεινή τρύπα στη μέση. Ο δίσκος προσαύξησης είναι αυτό το έντονο πορτοκαλί στη φωτογραφία. Και το μαύρο και είναι αυτό που οι αστροφυσικοί λένε η σκιά της μαύρης τρύπας. Εκεί μέσα βρίσκεται το σημείο δίχως επιστροφή.

Τι είναι η σκιά; Η σκιά προκαλείται από το φως που κάμπτεται λόγω της βαρύτητας της μαύρης τρύπας και παγιδεύεται στον ορίζοντα γεγονότων. Ο χώρος γύρω από μια μαύρη τρύπα καμπυλώνεται λόγω της βαρύτητας. Έτσι το φως ακολουθεί αυτές τις καμπύλες και κάμπτεται.
Πιο αναλυτικά, βάσει της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, η σκιά δημιουργείται ως εξής: όταν μια ακτίνα φωτός αρχίζει το τελικό ταξίδι της προς τη μαύρη τρύπα και έχει τέτοια ταχύτητα που δεν της επιτρέπει να διαφύγει τη βαρυτική της έλξη, παγιδεύεται από τον ορίζοντα γεγονότων, την τελευταία επιφάνεια πέρα από την οποία δεν μπορεί να ξεφύγει. Χάνεται λοιπόν το φως και στη θέση του μένει μια σκιά.

Λόγω της σχετικότητας ακτίνες φωτός από το μπροστινό μέρος της μαύρης τρύπας, όπως το βλέπουμε, κάμπτονται και χάνονται στο πίσω μέρος της. Αυτό μας δίνει τη δυνατότητα μέσω των παρατηρήσεων και σύγκρισης με θεωρητικά μοντέλα να αναπαραστήσουμε την τρισδιάστατη δομή αυτής της επιφάνειας, τον ορίζοντα γεγονότων. Να φτιάξουμε δηλαδή μια φωτογραφία της μαύρης τρύπας με διαστάσεις όσο ο ορίζοντας γεγονότων! Και αυτό είναι τεράστιο κατόρθωμα, αφού με τις παρατηρήσεις του EHT που δόθηκαν στη δημοσιότητα δε μπορούμε να διακρίνουμε τον ορίζοντα γεγονότων.

Βάσει των δημοσιεύσεων της παγκόσμιας συνεργασίας EHT, αυτή η σκιά είναι ότι καλύτερο έχουμε μέχρι τώρα σαν φωτογραφία μιας μαύρης τρύπας! Ο ορίζοντας γεγονότων είναι 2,5 φορές μικρότερος από τη σκιά αυτή και έχει διάμετρο μικρότερη των 40 δισεκατομμυρίων χιλιομέτρων ή 267 αστρονομικών μονάδων AU (1 AU = απόσταση Γης-Ηλίου).

Και η φωτεινή περιοχή; Στον Μ87, απ’ όπου είναι και η φωτογραφία, ο δίσκος προσαύξησης περιστρέφεται δεξιόστροφα (φορά όπως οι δείκτες του ρολογιού). Και βλέπουμε τον δίσκο σχεδόν από πάνω. Με τις παρατηρήσεις στα μικροκύματα μπορούμε να δούμε την περιοχή πολύ κοντά στον ορίζοντα γεγονότων. Αυτό που φαίνεται σαν πορτοκαλί δαχτυλίδι στην φωτογραφία της μαύρης τρύπας είναι πλάσμα που κινείται πολύ γρήγορα πάνω στο δίσκο προσαύξησης, σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Έτσι όταν μας πλησιάζει είναι πιο λαμπρό σα να έχει πολλαπλασιαστεί η φωτεινότητα του λόγω σχετικιστικών φαινομένων, ενώ όταν απομακρύνεται είναι λιγότερο λαμπρό. Πόσο; 10 φορές λιγότερο λαμπρό από αυτό που έρχεται προς τα εμάς. Κάτι ανάλογο για να το καταλάβετε συμβαίνει στον ήχο, όταν ακούμε ένα ασθενοφόρο να πλησιάζει με μεγάλη ταχύτητα, η σειρήνα του ακούγεται πιο δυνατά καθώς πλησιάζει προς εμάς.

Αυτή η ασυμμετρία που παρατηρείται στο δαχτυλίδι γύρω από τη σκιά επαληθεύεται από τη θεωρία της σχετικότητας και περιγράφει πλάσμα (4η κατάσταση της ύλης) που περιφέρεται γύρω από τη μαύρη τρύπα με ταχύτητες πολύ κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Και κάνει 2 μέρες για μια πλήρη περιστροφή γύρω από τη μαύρη τρύπα.

Το εκπληκτικό είναι ότι οι παρατηρήσεις από 4 διαφορετικές ημερομηνίες δείχνουν την ίδια εικόνα, επαληθεύοντας την γνησιότητα των παρατηρήσεων. Η φωτογραφία είναι πραγματική. Η σκληρή αλήθεια όμως είναι ότι δεν έχουμε ιδέα του, τι βρίσκεται πέρα από τη σκιά.
 
Τι μας έδειξε λοιπόν αυτή η φωτογραφία; Σαφώς άνοιξε το δρόμο για πειραματική απόδειξη της ύπαρξης ορίζοντα γεγονότων γύρω από μια μαύρη τρύπα. Δεν είναι μια θεωρία, είναι πραγματικότητα. Αυτές οι παρατηρήσεις στα ραδιοκύματα αποτελούν πολύ σημαντικά αποδεικτικά στοιχεία για την ύπαρξη μελανών οπών (οι μαύρες τρύπες αλλιώς) ως πηγές ενέργειας στο κέντρο ενεργών γαλαξιών. Αυτή είναι η πρώτη πειραματική απόδειξη! Και επίσης μας δίνει τη δυνατότητα να μελετήσουμε τη βαρύτητα σε ακραία περιβάλλοντα που δε μπορούσαμε μέχρι πρότινος να το πετύχουμε.

Καλλιτεχνική αναπαράσταση της μαύρης τρύπας