W centrum Drogi Mlecznej odkryto coś, czego szukano od pół wieku. To zmienia obraz naszej galaktyki
Przez ponad pięćdziesiąt lat astrofizycy zachodzili w głowę, dlaczego supermasywna czarna dziura w centrum naszej galaktyki zachowuje się inaczej niż wszystkie inne.
Według żelaznych zasad fizyki, pochłanianiu materii powinien towarzyszyć potężny wiatr. Tymczasem wokół Sagittarius A* panowała zastanawiająca cisza. Naukowcy udowodnili właśnie, że wiatr jednak tam jest. Musieliśmy tylko dowiedzieć się, w jaki sposób na niego spojrzeć.
Po ponad 50 latach poszukiwań astrofizycy z Northwestern University w końcu odkryli dowody na istnienie silnego wiatru wiejącego z centralnej supermasywnej czarnej dziury Drogi Mlecznej, Sagittarius A*. Rozwiązali tym samym jedną z najdłużej nierozwiązanych zagadek astronomii. Ten sukces otwiera również nowe spojrzenie na fizykę zachodzącą w centrum Drogi Mlecznej.
Wyniki tych niezwykle interesujących badań opublikowano właśnie w The Astrophysical Journal Letters,
Brakujący element galaktycznej układanki
Czarnych dziur nie można zobaczyć bezpośrednio, ale potrafimy doskonale przewidzieć, jak wpływają na swoje otoczenie. Słyną z tego, że bezlitośnie wciągają wszystko, co znajdzie się zbyt blisko. Warto jednak pamiętać, że proces ten nie polega wyłącznie na zasysaniu materii jak w kosmicznym odkurzaczu.
Kiedy gaz i pył opadają na czarną dziurę, zaczynają wirować z gigantyczną prędkością, zbliżającą się do prędkości światła. Taki ruch generuje ogromną energię i ciśnienie, które ostatecznie wyrzucają część gorącego materiału z powrotem w kosmos. Właśnie to zjawisko nazywamy wiatrem.
Problem z naszą lokalną czarną dziurą, czyli Sagittarius A* (w skrócie Sgr A*), polegał na tym, że absolutnie nic stamtąd nie wiało. A przynajmniej tak wydawało się badaczom przez całe dekady. Gdyby Sgr A* faktycznie nie emitowała żadnego wiatru, byłaby kompletnym ewenementem na skalę całego wszechświata, łamiącym przyjęte modele ewolucji galaktyk.
Jeśli czarna dziura nie istnieje w idealnej próżni, musi w jakiś sposób generować wiatr. A we Wszechświecie nie ma idealnej próżni. Dzięki nowym obserwacjom po raz pierwszy uzyskaliśmy wystarczająco wyraźny obraz, aby dostrzec ślad wiatru. Przyjrzeliśmy się danym i stwierdziliśmy: »Oto jest. To jest to, czego wszyscy szukali od 50 lat« – powiedział Mark Gorski z Northwestern , który współkierował badaniem.
Jama w kształcie stożka
Teraz, dzięki nowym narzędziom i obserwacjom, zespół w końcu mógł przyjrzeć się temu bliżej. Wykorzystując pięć lat niezwykle głębokich obserwacji z radioteleskopów Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) w Chile, stworzyli najostrzejszy jak dotąd obraz zimnego gazu molekularnego otaczającego czarną dziurę.
Obraz odbił gaz znajdujący się niezwykle blisko Sgr A*, zaledwie w odległości jednego parseka (czyli około trzech lat świetlnych) od czarnej dziury. Następnie badacze zastosowali metodę kalibracji, aby usunąć jasne sygnały radiowe czarnej dziury. Uzyskany obraz jest 100 razy głębszy i 80 razy ostrzejszy niż poprzednie mapy tego regionu. Dzięki takiemu poziomowi szczegółowości ujawnił struktury, które były całkowicie niewidoczne we wcześniejszych obserwacjach.
Jednak jedna nowo odkryta, niepodważalna cecha wprawiła ich w osłupienie. Ogromna, stożkowata jama o długości prawie jednego parseka i szerokości 45 stopni, była pozbawiona zimnego gazu molekularnego. Według naukowców, jedynie gorący, energetyczny wiatr wiejący z Sgr A* mógł stworzyć ten wydrążony obszar. Gdziekolwiek dociera gorący wiatr, albo unosi zimny gaz, albo go ogrzewa.
Jeśli wydmuchniesz gorącą materię z czarnej dziury, nie będzie ona chciała współistnieć z zimną materią. Albo wypchnie zimną materię, albo ją podgrzeje. A jeśli będzie za gorąca, nie będzie już widać zimnego gazu - powiedział Gorski.
"O mój Boże, dokonaliśmy odkrycia"
Choć gwiazdy również wytwarzają wiatry, wiatry gwiezdne nie są wystarczająco silne, aby wyrzeźbić obszar o tak dużych rozmiarach. Nawet łączna moc wszystkich pobliskich gwiazd jest niewystarczająca.
To ogromny brak materii. Obliczyliśmy, ile energii potrzeba do stworzenia tej wnęki. To więcej, niż mogą dostarczyć gwiazdy w tym obszarze. Zasadniczo, musi to być sygnał z supermasywnej czarnej dziury. A jeśli prześledzimy kształt stożka, będzie on skierowany bezpośrednio na czarną dziurę - podkreśla Gorski.
Zanim zespół ogłosił rozwiązanie długoletniej zagadki, kontynuowali analizę danych, aby potwierdzić swoje wyniki. Obserwatorium rentgenowskie Chandra należące do NASA wcześniej wykryło jasne emisje rentgenowskie dokładnie w tym samym regionie. W tym samym miejscu, w którym znajdowały się jasne promienie rentgenowskie, pojawił się pusty, stożkowaty obszar, w którym brakowało zimnego gazu.
Wyjątkowe twierdzenia wymagają wyjątkowych dowodów. Chcieliśmy się upewnić, że nie patrzymy tylko na jakiś artefakt w obrazowaniu. Wtedy zdjęcie rentgenowskie z Chandry idealnie się wpasowało. Cechy molekularne się ułożyły. Kiedy odkrywasz coś, czego nikt wcześniej nie widział, pierwsza myśl, jaka przychodzi ci do głowy, to nie: »O mój Boże, dokonaliśmy odkrycia«. To raczej: »O mój Boże, co jest nie tak z moją analizą?«. Ale kiedy nałożyliśmy nasz obraz na zdjęcie rentgenowskie, wszystko zaczęło nabierać sensu - opowiada Elena Murczikowa, która współkierowała badaniami z Gorskim.
