EHT przygotowuje pierwszy film ukazujący czarną dziurę M87

Kampania mająca na celu obserwację oddechu olbrzyma

W marcu i kwietniu 2026 roku kolaboracja Event Horizon Telescope (EHT) skieruje swoje oko wielkości planety na jądro galaktyki Messier 87 podczas rygorystycznie zaplanowanej kampanii obserwacyjnej. Jej celem nie jest wykonanie kolejnego statycznego zdjęcia, lecz nagranie filmu. Celem jest M87*, czarna dziura o masie sześciu miliardów mas Słońca, której ikoniczny już cień po raz pierwszy pojawił się na publicznie udostępnionych obrazach kilka lat temu. Ponieważ teatr grawitacyjny wokół M87* ewoluuje w skali dni, a nie minut, naukowcy wierzą, że sekwencje obrazów o wysokiej rozdzielczości, wykonywane co kilka dni, można połączyć w pierwszy ruchomy obraz supermasywnej czarnej dziury i jej bezpośredniego otoczenia — przepływu akrecyjnego oraz podstawy relatywistycznego dżetu.

Dlaczego M87* jest właściwym celem

Nie wszystkie czarne dziury są równie chętne do współpracy. Czarna dziura w sercu naszej własnej galaktyki ewoluuje zbyt szybko, aby obecny układ EHT mógł nakręcić film o długim czasie ekspozycji: gorąca plazma okrąża Sagittarius A* w ciągu kilkunastu minut. Ogromna masa M87* wydłuża te ramy czasowe do dni lub tygodni, co sprzyja mocnym stronom interferometrii wielkobazowej (VLBI) — technice, która łączy radioteleskopy na całym świecie, by działały jak instrument wielkości Ziemi. Obserwatorzy planują sekwencje w odstępach około trzech dni, co jest czasem wystarczającym do uchwycenia istotnych zmian strukturalnych, a jednocześnie dość krótkim, by uniknąć rozmycia obrazu podczas łączenia danych.

Co zespół ma nadzieję zobaczyć

Naukową nagrodą nie jest filmowy efekt, lecz twarde dane diagnostyczne: film może ujawnić, jak plazma porusza się wokół czarnej dziury, jak przesuwają się jasne obszary pierścienia, czy struktury pola magnetycznego zmieniają się w obserwowalnych skalach czasowych oraz w jaki sposób dżet jest wystrzeliwany z wewnętrznego przepływu akrecyjnego. Pomiar ruchu azymutalnego cech jasności może bezpośrednio ograniczyć parametry spinu czarnej dziury oraz procesów magnetohydrodynamicznych napędzających powstawanie dżetów — kluczowego brakującego elementu łączącego fizykę w skali horyzontu z procesami sprzężenia zwrotnego w skali galaktyki.

Lekcje z wieloletniego obrazowania

Dążenie do stworzenia filmu opiera się na wieloetapowych pracach EHT, które ujawniły już zaskakującą zmienność. Ponowne analizy danych z lat 2017–2021 wykazały, że o ile ogólna średnica pierścienia — pozorny rozmiar cienia — pozostała zgodna z przewidywaniami ogólnej teorii względności, o tyle rozkład jasności i wzór polaryzacji liniowej ulegały znacznym zmianom między epokami. W szczególności orientacja polaryzacji wokół pierścienia zmieniała kierunek między niektórymi obserwacjami, co sugeruje ewoluujące środowisko magnetyczne w pobliżu horyzontu zdarzeń i możliwe efekty pierwszego planu, które obracają polaryzację w drodze do Ziemi. Wyniki te dowodzą, że widok z rozdzielczością czasową jest niezbędny, aby odróżnić zjawiska przejściowe od trwałych struktur.

Modernizacja sieci i nowa czułość

Powodem, dla którego film jest teraz w zasięgu ręki, jest postęp techniczny. Dodanie nowych stacji — w tym Kitt Peak i Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) w nowszych kampaniach — poprawiło pokrycie baz i czułość, pozwalając EHT wykryć słabą emisję poza jasnym pierścieniem i wyznaczyć pierwsze ograniczenia dla emisji dżetów w skalach tuż poza cieniem. Ulepszone potoki kalibracyjne i duża biblioteka danych syntetycznych stworzona na podstawie realistycznych symulacji dają analitykom potężniejsze narzędzia do oddzielania efektów instrumentalnych od prawdziwej zmienności astrofizycznej. Postępy te redukują liczbę wyników fałszywie dodatnich przy poszukiwaniu ruchu i pozwalają na solidniejsze porównania danych z relatywistycznymi symulacjami magnetohydrodynamicznymi.

Algorytmy, uczenie maszynowe i problem zmienności

Tworzenie filmu z rzadkich pomiarów VLBI jest wyzwaniem obliczeniowym i statystycznym. Społeczność EHT zainwestowała znaczne środki w nowe techniki obrazowania, które łączą symulacje oparte na fizyce, wnioskowanie bayesowskie i uczenie maszynowe. Zespoły zbudowały ogromne biblioteki syntetycznych obserwacji z modeli magnetohydrodynamicznych w ogólnej teorii względności (GRMHD) i wytrenowały sieci neuronowe do rozpoznawania prawdopodobnych sygnatur ruchu w przeciwieństwie do artefaktów wprowadzonych przez niepełne próbkowanie. Metody te będą kluczowe dla przekształcenia surowych danych z różnych epok w spójne szeregi czasowe, które naukowcy będą mogli zinterpretować fizycznie. Mimo to analitycy podkreślają, że wewnętrzna zmienność przepływu akrecyjnego — stochastyczna turbulencja i gwałtowne zjawiska rekoneksji magnetycznej — fundamentalnie ogranicza wnioskowanie o parametrach, chyba że obserwacje próbkują te zmiany bezpośrednio. Sekwencja z rozdzielczością czasową jest najpewniejszym sposobem na pokonanie tego ograniczenia.

Logistyka: Antarktyda i długa droga do gotowego filmu

Obserwatorzy ostrzegają, że doprowadzenie kampanii do publicznego pokazu filmu będzie wymagało cierpliwości. Niektóre stacje EHT, w szczególności South Pole Telescope, generują dane na nośnikach fizycznych, które muszą być transportowane podczas antarktycznego lata; dyski twarde docierają do centrów przetwarzania w Ameryce Północnej i Europie kilka tygodni lub miesięcy później. Po zgromadzeniu surowych danych, wiele niezależnych zespołów będzie je przetwarzać i obrazować, co zostanie zwieńczone walidacją krzyżową z symulacjami — etapy te łącznie oznaczają, że pierwszy publiczny film może zostać udostępniony wiele miesięcy po samych obserwacjach. Oczekiwanie jest frustrujące, ale celowe: zapewnienie wierności szeregu czasowego w skalach horyzontu wymaga starannego podejścia do kalibracji, błędów systematycznych i uprzedzeń algorytmicznych.

Co zmieniłby udany film

Zweryfikowany film z M87* byłby czymś więcej niż tylko spektaklem. Dostarczyłby bezpośrednich, dynamicznych pomiarów prędkości plazmy blisko horyzontu zdarzeń, obserwacyjnych danych na temat rotacji czarnej dziury oraz nowych ograniczeń dla geometrii magnetycznej, która wystrzeliwuje i kolimuje relatywistyczne dżety. Dżety te są fundamentalnymi aktorami w ewolucji galaktyk: transportują energię daleko od jądra, regulują formowanie się gwiazd i kształtują historię wzrostu galaktyki. Widok podstawy dżetu z rozdzielczością czasową wiąże fizykę relatywistyczną w małej skali z konsekwencjami astrofizycznymi w dużej skali. Co więcej, filmy dają nowe możliwości testowania ogólnej teorii względności w reżimie silnego pola i zmienności czasowej — badając nie tylko rozmiar cienia, ale i to, jak czasoprzestrzeń prowadzi poruszające się struktury.

Ryzyka, niepewności i droga naprzód

W dłuższej perspektywie: ku astronomii horyzontu w czasie rzeczywistym

Jeśli kampania marzec-kwiecień zakończy się sukcesem, będzie ona zwiastunem bardziej ambitnych działań. Koncepcja Event Horizon Telescope nowej generacji (ngEHT) przewiduje znacznie więcej anten i ciągłe monitorowanie, co pewnego dnia mogłoby zbliżyć nas do obrazowania dynamiki czarnych dziur niemal w czasie rzeczywistym. Na razie bezpośredni cel jest konkretny i osiągalny: uchwycenie pierwszej ruchomej sekwencji pokazującej supermasywną czarną dziurę i jej otoczenie zmieniające się w czasie, a wraz z tym dodanie wymiaru dynamicznego do naszych obserwacyjnych testów grawitacji, fizyki plazmy i tego, jak czarne dziury kształtują galaktyki.

Obserwatorzy będą śledzić niebo w marcu i kwietniu, a potem dyski twarde będą śledzone jeszcze uważniej. Jeśli kampania się powiedzie, jej efektem będzie nowy rodzaj kosmicznego kina — film, którego klatki zostały zapisane grawitacją, światłem i magnetyzmem na najbardziej ekstremalnej granicy natury.

Źródła

• Kolaboracja Event Horizon Telescope (EHT) (materiały prasowe i opublikowane obrazy)
• Komunikat prasowy Instytutu Radioastronomii Maxa Plancka (MPIfR) oraz wkład w wyniki EHT
• Preprint ArXiv: "Horizon-scale variability of M87* from 2017--2021 EHT observations" (Event Horizon Telescope Collaboration)
• Preprint ArXiv: "Deep learning inference with the Event Horizon Telescope I. Calibration improvements and a comprehensive synthetic data library"
• Materiały Uniwersytetu w Cambridge i oświadczenia Sery Markoff dotyczące kampanii filmowej