Odkrywanie czarnej dziury w centrum Galaktyki

Po dołączeniu obserwatorium ALMA do sieci teleskopów, astronomowie po raz pierwszy odkryli,że emisja z supermasywnej czarnej dziury Sagittarius A* w centrum naszej galaktyki pochodzi ze znacznie mniejszego regionu niż wcześniej uważano. Może to wskazywać na to, że dżet radiowy z Sagittarius A* jest skierowany niemal dokładnie w naszą stronę. Artykuł autorstwa Sary Issaoun, doktorantki z Nijmegen zawierający wyniki tych obserwacji został opublikowany w periodyku The Astrophysical Journal.

Mgliste obłoki gorącego gazu uniemożliwiały astronomom wykonywanie ostrych zdjęć supermasywnej czarnej dziury Sagittarius A*, rzucając wątpliwości na jej prawdziwą naturę. Teraz gdy astronomowie dołączyli potężny teleskop ALMA w południowym Chile do globalnej sieci radioteleskopów wpatrujących się w tą mgłę, cel ich obserwacji nadal zaskakuje – obszar pochodzącej z niego emisji jest tak mały, że może się okazać, że źródło jest skierowane dokładnie w stronę Ziemi.

Wykorzystując w obserwacjach technikę interferometrii wielkobazowej (VLBI) na częstotliwości 6 GHz, w której wiele teleskopów połączono w wirtualny teleskop o rozmiarach Ziemi, badaczom udało się stworzyć mapę dokładnych właściwości rozpraszania światła przesłaniającego nam Sagittarius A*. Usunięcie większości tego rozpraszania pozwoliło nam stworzyć pierwsze zdjęcie otoczenia czarnej dziury.

Wysokiej jakości nierozproszony obraz pozwolił badaczom nałożyć ograniczenia na teoretyczne modele gazu wokół Sagittarius A*. Większość emisji radiowej pochodzi z zaledwie trzystu milionowych części stopnia, a jej źródło charakteryzuje się symetryczną morfologią. “Może to wskazywać, że emisja radiowa pochodzi z dysku opadającego gazu, a nie z dżetu radiowego” tłumaczy Issaoun, która przetestowała na tych danych kilka modeli komputerowych. “Jednak to by oznaczało, że Sagittarius A” jest wyjątkiem jeżeli się go porówna do innych czarnych dziur emitujących promieniowanie radiowe. Alternatywnie, dżet radiowy może być skierowany dokładnie w naszą stronę”.

Heino Falcke, profesor radioastronomii na Uniwersytecie Radboud oraz promotor Issaoun mówi, że to bardzo nietypowe, ale nie wyklucza, że faktycznie tak jest. W ubiegłym roku Falcke uznałby ten model za przekombinowany, ale niedawno zespół GRAVITY doszedł do tego samego wniosku na podstawie obserwacji przeprowadzonych za pomocą bardzo dużego interferometru (VLTI) składającego się z teleskopów optycznych. “Być może to prawda i patrzymy na tą bestię z bardzo szczególnego miejsca w przestrzeni” podsumowuje Falcke.

Interferometr VLBI + ALMA. Źródło: S. Issaoun, Radboud University / D. Pesce, CfA

Supermasywne czarne dziury powszechnie występują w centrach galaktyk i mogą generować najbardziej energetyczne zjawiska w znanym nam wszechświecie. Uważa się, że wokół tych czarnych dziur, materia krąży w rotującym dysku, a część tej materii wyrzucana jest w przeciwnych kierunkach w wąskich strumieniach, tak zwanych dżetach, z prędkością bliską prędkości światła, co zazwyczaj prowadzi do emisji dużej ilości promieniowania radiowego. To czy emisja radiowa, którą widzimy w Sagittarius A” pochodzi z opadającego na czarną dziurę gazu czy też z dżetów jest tematem intensywnych rozważań.

Sagittarius A* to najbliższa nam supermasywna czarna dziura o masie około 4 milionów mas Słońca. Jej widoczne rozmiary na niebie to mniej niż 100 milionowych części stopnia, co odpowiada rozmiarom piłki do tenisa leżącej na Księżycu i obserwowanej z Ziemi. Aby je zmierzyć potrzeba VLBI. Rozdzielczość osiągana przez VLBI jest jeszcze zwiększona dzięki częstotliwości obserwacji. Najwyższa dotychczas częstotliwość wykorzystywana przez VLBI to 230 GHz. “Pierwsze obserwacje Sagittarius A” na 86 GHz pochodzą sprzed 26 lat i prowadzone były za pomocą tylko kilku teleskopów. Na przestrzeni lat jakość danych stale się poprawiała wraz z dodawaniem nowych teleskopów do sieci” mówi J. Anton Zensus, dyrektor Instytutu Radioastronomii Maxa Plancka.

Artykuł autorstwa Issaoun i jej współpracowników opisuje pierwsze obserwacje na 86 GHz, do których dołączyła ALMA, zdecydowanie najbardziej czuły teleskop na tej częstotliwości. ALMA stała się elementem Global Milimeter VLBI Array (GMVA) w kwietniu 2017 roku.

“Sagittarius A* znajduje się na południowym niebie, a tym samym udział ALMA jest ważny nie tylko z uwagi na jego czułość, ale także z uwagi na jego położenie na półkuli południowej” mówi Ciriaco Goddi z Europejskiego Centrum ALMA w Holandii. Oprócz ALMA obserwacje prowadziło dwanaście teleskopów z Ameryki Północnej i Europy. Uzyskana dzięki nim rozdzielczość była dwukrotnie wyższa od wcześniejszych obserwacji na tej częstotliwości i pozwoliła na stworzenie pierwszego zdjęcia SgrA* całkowicie pozbawionego rozpraszania międzygwiezdnego – efektu spowodowanego przez nieregularność gęstości zjonizowanej materii znajdującej się na linii wzroku między SgrA* a Ziemią.

Aby usunąć rozpraszanie i stworzyć zdjęcie, badacze wykorzystali technikę opracowaną przez Michaela Johnsona z Harvard-Smithsonian Center for Astrophyscs (CfA). “Choć rozpraszanie zniekształca obraz Sagittarius A*, niewiarygodna rozdzielczość tych zdjęć pozwoliła nam określić dokładne właściwości rozpraszania. Następnie mogliśmy usunąć większość jego skutków i zobaczyć bezpośrednie otoczenie czarnej dziury. Wspaniałą informacją jest także to, że te obserwacje wskazują, że rozpraszanie nie przeszkodzi teleskopowi EHT (Event Horizon Telescope) zobaczyć cień czarnej dziury na 230 GHz, jeżeli on w ogóle istnieje”.

Źródło: Netherlands Research School for Astronomy / Phys.org

Artykuł naukowy: http://dx.doi.org/10.3847/1538-4357/aaf732

Author: Radek Kosarzycki

Niedoszły astronom. Prawie filolog. Aspołeczny popularyzator nauki. Kulturalny cham.