Chłodny, mgławicowy pierścień wokół supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej

Zdjęcie dysku chłodnego gazu wodorowego otaczającego supermasywną czarną dziurę w centrum naszej galaktyki. Barwy przedstawiają ruch gazu względem Ziemi: czerwony gaz oddala się od nas, niebieski przemieszcza się w naszą stronę. Krzyżykiem zaznaczono położenie czarnej dziury. Źródło: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), E.M. Murchikova; NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello

Najnowsze obserwacje przeprowadzone za pomocą obserwatorium ALMA odkryły przed nami nigdy wcześniej nie widziany dysk chłodnego gazu międzygwiezdnego otaczający supermasywną czarną dziurę w centrum Drogi Mlecznej. Ten mgławicowy dysk dostarcza astronomom nowych informacji o procesie akrecji, ściągania materii na powierzchnię czarnej dziury. Wyniki obserwacji opublikowano w periodyku Nature.

Dzięki dziesięcioleciom badań astronomowie opracowali wyraźny obraz chaotycznego i zatłoczonego otoczenia supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej. Centrum naszej galaktyki oddalone jest od nas o około 26 000 lat świetlnych, a supermasywna czarna dziura, która tam się znajduje – Sagittarius A* – jest 4 miliony razy masywniejsza od Słońca.

Obecnie wiemy, że region ten jest pełen gwiazd, międzygwiezdnych obłoków pyłowych oraz jednocześnie gorących i stosunkowo chłodnych gazów. Owe gazy okrążają czarną dziurę w rozległym dysku akrecyjnym, który rozciąga się na kilkadziesiąt lat świetlnych od horyzontu zdarzeń.

Jak dotąd astronomom udało się jedynie dostrzec gorącą część tego gazu, która tworzy mniej więcej sferyczny przepływ i nie wykazuje żadnej rotacji. Temperaturę tego gazu szacuje się na około 10 milionów stopni Celsjusza. Przy tej temperaturze gaz świeci intensywnie w zakresie rentgenowskim, dzięki czemu można go obserwować za pomocą kosmicznych teleskopów rentgenowskich.

Wizja artystyczna przedstawiająca chłodny gaz międzygwiezdny otaczający supermasywną czarną dziurę w centrum Drogi Mlecznej. Najnowsze obserwacje przeprowadzone za pomocą ALMA pozwoliły na dostrzeżenie jego struktury po raz pierwszy. Źródło: NRAO/AUI/NSF; S. Dagnello

Oprócz tego gorącego, świecącego gazu, wcześniejsze obserwacje prowadzone za pomocą teleskopów w zakresie milimetrowym wskazywały duże ilości stosunkowo chłodniejszego gazu wodorowego (o temperaturze około 10 000 stopni Celsjusza) w promieniu kilku lat świetlnych od czarnej dziury. Wkład tego chłodniejszego gazu w proces akrecji na czarną dziurę pozostawał dotychczas nieznany.

Choć czarna dziura w centrum naszej galaktyki jest stosunkowo spokojna, promieniowanie wokół niej jest wystarczająco silne, aby atomy wodoru bezustannie traciły i rekombinowały z elektronami. Taka rekombinacja prowadzi do powstania charakterystycznego sygnału w zakresie milimetrowym, który dociera do Ziemi niemal bez żadnych strat.

Dzięki swojej niezwykłej czułości i zdolności do obserwowaniu szczegółów, obserwatorium ALMA było w stanie wykryć ten słaby sygnał radiowy i stworzyć pierwszy w historii obraz chłodnego dysku gazowego w odległości zaledwie jednej setnej roku świetlnego (około 1000 AU) od supermasywnej czarnej dziury. Obserwacje te umożliwiły astronomom określenie ruchu tego gazu. Badacze szacują, że ilość wodoru w tym chłodnym dysku odpowiada około jednej dziesiątej masy Jowisza.

Po stworzeniu mapy przesunięć dopplerowskich tego sygnału radiowego, badacze mogli wyraźnie zobaczyć, że gaz okrąża czarną dziurę. Takie informacje pozwolą nam zrozumieć jak czarne dziury pożerają otaczającą je materię oraz złożone oddziaływania między czarną dziurą a jej galaktycznym otoczeniem.

Jako pierwszym udało nam się sfotografować ten dysk i zbadać jeg rotację – mówi Elena Murchikova z Institute for Advanced Study w Princeton, główna autorka opracowania. “Teraz badamy także akrecję na czarną dziurę. To ważne badania, bowiem jest to najbliższa nam supermasywna czarna dziura, a mimo to wciąż nie wiemy jak dokładnie taka akrecja zachodzi”.

Źródło: NRAO