Centrum Drogi Mlecznej to tłoczne miejsce: czarna dziura o masie 4 miliony razy większej od Słońca otoczona jest milionami gwiazd poruszającymi się z zawrotnymi prędkościami. To ekstremalne środowisko skąpane jest w intensywnym promieniowaniu ultrafioletowym i rentgenowskim. Mimo to większość tej aktywności ukryta jest przed nami przez olbrzymie ilości pyłu międzygwiezdnego.
Nadchodzący wielkimi krokami Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba zaprojektowano do obserwowania nieba w zakresie podczerwonym, niewidocznym dla ludzkiego oka, ale istotnym do badania wszystkich obiektów astronomicznych skrytych za dużymi ilościami pyłu. Po wyniesieniu w przestrzeń kosmiczną, Webb będzie rejestrował promieniowanie podczerwone przenikające przez zasłony pyłu, odsłaniając przed nami centrum Drogi Mlecznej w niespotykanych dotąd szczegółach.
„Nawet jedno zdjęcie wykonane za pomocą Webba, stanie się automatycznie najlepszej jakości zdjęciem centrum galaktyki w historii” mówi Roeland van der Marel ze Space Telescope Science Institute (STScI), główny badacz jednego z projektów badawczych.
Zarówno teleskopy naziemne, jak i te znajdujące się w przestrzeni kosmicznej, ukazały nam już obiecujące wskazówki co do tego, co znajduje się w centrum naszej galaktyki. Astronomowie śledzą gwiazdy krążące wokół czarnej dziury. Niektóre z tych gwiazd zbliżają się do niej na tyle, aby można było za ich pomocą badać ogólną teorię względności. Niemniej jednak jak na razie jesteśmy w stanie dostrzec tylko najjaśniejsze z nich.
„Z Ziemi widzimy tylko czubek góry lodowej. Webb będzie w stanie badać słabsze gwiazdy i powiedzieć nam znacznie więcej o całej populacji gwiazd” mówi Torsten Boker z Europejskiej Agencji Kosmicznej i STScI, jeden z badaczy realizujących drugi z planowanych projektów badania centrum galaktyki, wykorzystujący metody spektroskopowe.
Naukowców już teraz zaskoczyło odkrycie mało-masywnych gwiazd powstających w pobliżu supermasywnej czarnej dziury – niektóre z nich znajdują się zaledwie kilka lat świetlnych od niej. Teoretycznie potężna grawitacja i silne promieniowanie w pobliżu czarnej dziury powinno rozrywać obłoki gazu i pyłu i uniemożliwiać zapadanie się w gwiazdy. Mimo to zaobserwowane protogwiazdy przetrwały. Obserwacje za pomocą Webba mogą pozwolić na odkrycie kolejnych protogwiazd i powinny dostarczyć informacji o tym jak gwiazdy mogą powstawać w tak nieprzyjaznym miejscu.
Supermasywna czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej, Sagittarius A* także będzie celem obserwacji Webba. Jest ona otoczona dyskiem gazu i pyłu, którego część nieuchronnie opadnie na czarną dziurę. Astronomowie obserwują rozbłyski promieniowania związane z pożeraniem obłoków materii przez czarną dziurę. Niemniej jednak jak dotąd badacze nie zarejestrowali poświaty samego dysku czarnej dziury.
Dane z Webba pozwolą nam także zająć się szerszymi zagadnieniami dotyczącymi formowania galaktyk, takimi jak chociażby co było pierwsze: galaktyka czy czarna dziura.
„Czy czarna dziura pojawia się jako pierwsza, a gwiazdy tworzą się w jej otoczeniu? Czy gwiazdy gromadzą się w grupy i zderzają się ze sobą prowadząc do powstania czarnej dziury? To pytania, na które chcielibyśmy poznać odpowiedź” mówi Jay Anderson z STScI.
Ponadto badania wykazały, że masa centralnej czarnej dziury w Drodze Mlecznej związana jest z całkowitą masą otaczających ją gwiazd, ale powody tej zależności jak na razie są nieznane.
„Czy możemy uzyskać jakieś informacje o tej korelacji masy w pobliżu czarnej dziury? Czy niedawny okres formowania się gwiazd wymazał ślady tego co tam się działo wcześniej?” dodaje Marcia Rieke z Uniwersytetu w Arizonie, główna badaczka instrumentu NIRCam zainstalowanego na pokładzie Webba.
Koniec końców, najbardziej ekscytującymi wynikami obserwacji Webba będą te, których się nie spodziewamy. Na przykład, Webb może odkryć gwiazdy poruszające się po nietypowych orbitach, albo dostrzec obłok gazu, który wkrótce ulegnie rozerwaniu przez czarną dziurę.
„Chcielibyśmy zobaczyć coś nietypowego, pożarcie gwiazdy przez czarną dziurę” mówi van der Marel.
Te pierwsze badania prowadzone za pomocą Webba mogą także sprowokować dalsze projekty badawcze za pomocą tego teleskopu. Badając ścisłe centrum galaktyki na przestrzeni kilku lat, astronomowie mogą uzyskać nową wiedzę o tym chaotycznym regionie i o jego dynamice.
„Tak wiele ciekawych i osobliwych rzeczy dzieje się w centrach różnych galaktyk. Chcielibyśmy coś takiego odkryć w naszej własnej galaktyce” mówi Rieke.
Obserwacje opisane powyżej będą realizowane w ramach programu Gwarantowanego Czasu Obserwacyjnego (GTO). GTO to program, który zapewnia czas obserwacyjny na Webbie naukowcom, którzy pracowali nad budową instrumentów Webba.
Źródło: NASA Goddard Space Flight Center