Czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej urządza imprezę. Oto bulgocząca jasność
Supermasywna czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej wydaje się urządzać imprezę, z pokazem świetlnym w stylu kuli dyskotekowej. Korzystając z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba NASA, zespół astrofizyków uzyskał najbardziej szczegółowy jak dotąd obraz potwora, który czai się w środku naszej galaktyki.
Wyobraźcie sobie gigantyczną, niewidzialną bestię, ukrytą w samym centrum naszej galaktyki, Drogi Mlecznej. To supermasywna czarna dziura, oznaczona jako Sagittarius A* (Sgr A*). Do niedawna naukowcy myśleli, że jest stosunkowo spokojna. Jednak najnowsze obserwacje z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) pokazują coś zupełnie innego – Sgr A* urządza prawdziwą kosmiczną dyskotekę.
Sagittarius A* to prawdziwy gigant. Ta czarna dziura, znajdująca się około 27 tys. lat świetlnych od Ziemi, ma masę równą ok. 4 mln Słońc. Choć sama nie emituje światła, materia wirująca w jej otoczeniu rozgrzewa się do ekstremalnych temperatur i zaczyna promieniować.
Nowe dane pokazują, że ten proces jest o wiele bardziej dynamiczny, niż dotychczas sądzono. Jasne rozbłyski występują niemal bez przerwy, co sugeruje, że Sagittarius A* pochłania materię w sposób znacznie bardziej chaotyczny, niż przypuszczali naukowcy.
Losowe fajerwerki
Naukowcy NASA odkryli, że wirujący dysk gazu i pyłu (dysk akrecyjny) krążący wokół centralnej supermasywnej czarnej dziury, zwanej Sagittarius A*, emituje stały strumień rozbłysków bez okresów przerwy.
Podczas gdy niektóre rozbłyski są słabymi migotaniami, trwającymi zaledwie kilka sekund, inne są oślepiająco jasnymi erupcjami, które pojawiają się codziennie. Istnieją również jeszcze słabsze zmiany, które narastają przez miesiące.
Nowe odkrycia mogą pomóc fizykom lepiej zrozumieć podstawową naturę czarnych dziur, sposób, w jaki czerpią energię z otaczającego je środowiska, a także dynamikę i ewolucję naszej galaktyki. Wyniki badań opublikowano w numerze The Astrophysical Journal Letters.
W naszych danych widzieliśmy stale zmieniającą się, bulgoczącą jasność. A potem bum! Nagle pojawił się duży wybuch jasności. Potem znów się uspokoił. Nie mogliśmy znaleźć żadnego wzorca w tej aktywności. Wydaje się, że jest losowa. Profil aktywności tej czarnej dziury był nowy i ekscytujący za każdym razem, gdy na nią patrzyliśmy - powiedział Farhad Yusef-Zadeh z Northwestern University w Illinois, który kierował badaniem.
Do obserwacji czarnej dziury Sagittarius A* Yusef-Zadeh i jego zespół użyli kamery NIRCam (Near-Infrared Camera) na Kosmicznym Teleskopie James'a Webb'a. Pozwoliło im to śledzić, jak czarna dziura zmieniała się w czasie.
Sagittarius A* była bardziej aktywna, niż się spodziewali. Obserwacje ujawniły fajerwerki o różnej jasności i czasie trwania. Dysk akrecyjny otaczający czarną dziurę generował pięć do sześciu dużych flar dziennie i kilka małych sub-flar lub wybuchów pomiędzy nimi.
Więcej o czarnych dziurach przeczytasz na Spider's Web:
Taniec czarnej dziury
Chociaż astrofizycy nie rozumieją jeszcze w pełni zachodzących procesów, Yusef-Zadeh podejrzewa, że za krótkie wybuchy i dłuższe rozbłyski odpowiadają dwa oddzielne procesy. Zakłada, że niewielkie zaburzenia w dysku akrecyjnym prawdopodobnie generują słabe migotanie.
Dokładniej rzecz biorąc, turbulentne fluktuacje w dysku mogą kompresować plazmę (gorący, naładowany elektrycznie gaz), powodując tymczasowy wybuch promieniowania. Yusef-Zadeh porównuje te zdarzenia do rozbłysków słonecznych.
To podobne do tego, jak pole magnetyczne Słońca zbiera się, kompresuje, a następnie wybucha słonecznym rozbłyskiem. Oczywiście procesy są bardziej dramatyczne, ponieważ otoczenie wokół czarnej dziury jest o wiele bardziej energetyczne i ekstremalne. Ale powierzchnia Słońca również bulgocze od aktywności – wyjaśnił.
Yusef-Zadeh przypisuje duże, jasne rozbłyski sporadycznym zdarzeniom rekoneksji magnetycznej — procesowi, w którym dwa pola magnetyczne zderzają się, uwalniając energię w postaci przyspieszonych cząstek. Poruszając się z prędkościami bliskimi prędkości światła, cząstki te emitują jasne wybuchy promieniowania.
Zdarzenie ponownego połączenia magnetycznego przypomina iskrę elektryczności statycznej, która w pewnym sensie również jest 'ponownym połączeniem elektrycznym' – powiedział Yusef-Zadeh.
Kosmiczny rollercoaster
Ponieważ kamera NIRCam Webb'a może jednocześnie obserwować dwie oddzielne długości fal (2,1 i 4,8 mikronów w przypadku tych obserwacji), Yusef-Zadeh i jego współpracownicy mogli porównać, jak jasność rozbłysków zmieniała się wraz z każdą długością fali.
Po raz kolejny naukowcy zostali zaskoczeni. Odkryli, że zdarzenia obserwowane przy krótszej długości fali nieznacznie zmieniały jasność przed zdarzeniami o dłuższej długości fali.
To opóźnienie czasowe dostarczyło więcej wskazówek na temat procesów fizycznych zachodzących wokół czarnej dziury. Jednym z wyjaśnień jest to, że cząstki tracą energię w trakcie rozbłysku - tracąc energię szybciej przy krótszych długościach fal niż przy dłuższych. Takich zmian można się spodziewać w przypadku cząstek spiralnie poruszających się wokół linii pola magnetycznego.
Odkrycie tej aktywności Sgr A* to kolejny krok do lepszego zrozumienia czarnych dziur. Naukowcy chcą dowiedzieć się, jak te kosmiczne potwory "jedzą", czyli pobierają materię ze swojego otoczenia, i jak wpływa to na ewolucję galaktyk, w tym naszej własnej.
Badania nad Sgr A* mogą dostarczyć kluczowych informacji na temat fundamentalnej natury tych enigmatycznych obiektów. Kto wie, może w niedalekiej przyszłości dowiemy się, co naprawdę dzieje się w sercu Drogi Mlecznej.
