Teleskop Horyzontu Zdarzeń (EHT) przyjrzał się ostatnio z bliska aktywnej galaktyce Centaurus A. Nowe zdjęcie przedstawia strumień materii i plazmy wyrzucanej z dużą prędkością w przestrzeń przez centralną czarną dziurę, z niespotykaną dotąd szczegółowością. Można powiedzieć, że EHT, światowa sieć radioteleskopów, dodał kolejny rozdział do długiej historii badań tego obiektu.
Centaurus A jest jasną galaktyką, która została zauważona już w XIX wieku. John Herschel odkrył ją podczas obserwacji południowego nieba z Przylądka Dobrej Nadziei w latach 1834–1838. W swoim katalogu, opublikowanym dziewięć lat po powrocie z wyprawy, opisuje ją jako niezwykłą mgławicę „przeciętą szerokim, ciemnym pasem”. Od tej pory jest ona w zasadzie nieprzerwanie badana na wszystkich możliwych długościach fal. Od końca lat 40. również na falach radiowych, dzięki rozwojowi radioastronomii – dyscypliny, która otworzyła naukowcom zupełnie nowe okno na Kosmos.
Bywa tak, że mija trochę więcej czasu, nim jakaś metoda naukowa stanie się standardem i otworzy nowe horyzonty badawcze. Doskonałym przykładem jest tu radioastronomia. Na początku lat 30. fizyk, Karl Jansky na zlecenie amerykańskich laboratoriów Bell Telephone Laboratories poszukiwał źródeł enigmatycznych i niepożądanych szumów w transmisji audycji radiowych. Niepokojące trzaski były wtedy dość powszechne. Latem 1931 roku Jansky nasłuchiwał fale radiowe i ich zakłócenia z pomocą wielkiej, złożonej z szeregu masztów anteny własnej konstrukcji. Szybko zlokalizował źródło tych zakłóceń: burzę. Mógłby być wówczas w pełni usatysfakcjonowany, gdyby nie natrafił na kolejny dziwny, równomierny syk, który zdawał się pochodzić ze źródła poruszającego się po niebie z prędkością ruchu gwiazd, a więc i ruchu obrotowego Ziemi, czyli z okresem 23 godzin, 56 minut i czterech sekund.
Wkrótce stało się jasne, że ten rozproszony szum musi pochodzić z głębi kosmosu. O tym odkryciu donosiły główne gazety amerykańskie. W ogólności mało kogo to jednak zainteresowało, ale Jansky nie poddawał się i ostatecznie odniósł sukces. Promieniowanie jest zawsze odbierane wtedy , gdy antena jest skierowana na galaktykę – pisał w 1935 roku. Miał na myśli oczywiście wstęgę naszej Drogi Mlecznej, która jest domem setek miliardów gwiazd, w tym Słońca. Można powiedzieć, że właśnie wtedy powstała nowa gałąź nauki: radioastronomia.
Inni uczeni nie byli początkowo do niej przekonani. Ale jeden z nich, Grote Reber uważnie przeczytał publikacje Jansky'ego i dostrzegł potencjał jego metodologii naukowej. Jako zdolny radioamator zbudował wkrótce prawie dziesięciometrową, w pełni ruchomą czaszę radioteleskopu, po czym umieścił ją w swoim ogrodzie w Wheaton w stanie Illinois. W wolnym czasie kierował antenę na Galaktykę. Co ważne, w przeciwieństwie do astronomów klasycznych, nie musiał nawet czekać na czyste niebo, a do tego mógł prowadzić obserwacje radiowe również w ciągu dnia. Prowadził je na różnych częstotliwościach radiowych od roku 1937 do 1943, gdy opublikował wnioski ze swojego pełnego przeglądu nieba.
Na zdjęciu: Zakrzywione pola manetyczne galaktyki Centaurus A. Źródło: APOD/APOD.pl
Dopiero po II wojnie światowej naukowcy w pełni zdali sobie sprawę z możliwości, jakie daje nowe okno radiowe na Wszechświat. Coraz więcej astronomów poświęcało swój czas radioastronomii. Co jednak tak naprawdę obserwowali i wciąż obserwują z pomocą fal radiowych dopływających do nas z kosmosu? Promieniowanie radiowe to jak gdyby długofalowa wersja światła widzialnego, niewidoczna dla naszych oczu, ale wykrywalna dla specjalnych detektorów i anten. Wiemy już dziś, po kilkudziesięciu latach badań, że kosmiczne promieniowanie radiowe pochodzi z bardzo różnych źródeł. Promieniowanie radiowe nietermiczne jest na przykład produkowane przez wysokoenergetyczne elektrony, które poruszają się z prędkościami bliskimi prędkości światła po spiralnych torach wokół linii pola magnetycznego, obecnych w galaktykach. Mówimy wówczas, że pewne galaktyki emitują tak zwane promieniowanie synchrotronowe. Z kolei promieniowanie radiowe termiczne (cieplne) powstaje jako skutek uboczny ciepła obiektów kosmicznych, takich jak mgławice zawierające rozgrzany gaz i pył.
Gdybyśmy tylko mieli specjalne „radiowe oczy”, niebo wyglądałoby zupełnie inaczej. Gwiazdy byłyby ledwo widoczne. Ale moglibyśmy łatwo zobaczyć rozciągłe kosmiczne obłoki i pozostałości po supernowych. Droga Mleczna wyróżniałaby się jasnym pasmem emisji radiowej o bardzo złożonej strukturze. Ale jeden osobny obiekt położony ponad płaszczyzną naszej galaktyki byłby w tym przypadku szczególnie wyróżniający się: to galaktyka aktywna Centaurus A, znana też jako NGC 5128.
Krótko po II wojnie światowej astronom John Bolton wraz z współautorami opublikował ważny artykuł w Nature. Pionierski zespół zaczął w jego ramach identyfikować kosmiczne źródła radiowe ze znanymi z nieba optycznego i katalogów optycznych obiektami. Wykryto wówczas między innymi emisję radiową pochodzącą z kierunku na NGC 5128. Prace te umożliwiły zatem zidentyfikowanie znanych wcześniej silnych źródeł radiowych, takich jak Centaurus A, ale także Virgo A i Taurus A, z ich optycznymi odpowiednikami (tj. galaktykami NGC 5128, Messier 87 i Mgławicą Krab, będącą pozostałością po supernowej). Grupa Boltona dokonała czegoś naprawdę przełomowego. Praca była sama w sobie dość niezwykłym wyczynem, ponieważ rozdzielczość użytego do tych badań radioteleskopu była raczej niska.
W radioastronomii obowiązuje zależność, że im większa jest długość fali, na której obserwujemy, tym mniejsza będzie zdolność rozdzielcza takich obserwacji. Na przykład monetę o wartości 2 euro z odległości około 2 km nadal można zobaczyć już z pomocą małego teleskopu optycznego. Ale gdyby ta sama moneta miała emitować promieniowanie radiowe, potrzebna byłaby antena o średnicy prawie 7 km, aby była ona w ogóle dostrzegalna i rozpoznawalna na falach o długości 5 cm. To dlatego radioteleskopy używane w radioastronomii są zasadniczo duże. Z tego samego powodu przy takich obserwacjach stosuje się też metodę interferometrii.
Na jej zasadzie działa również Teleskop Horyzontu Zdarzeń. To tak naprawdę osiem osobnych radioteleskopów rozsianych po całym świecie. Razem, połączone ze sobą elektronicznie, działają jak jedna wielka antena o średnicy równej największej odległości między zaangażowanymi w projekt radioteleskopami. Daje to w efekcie „wirtualną” średnicę anteny o wielkości nawet całej Ziemi. Odbiera ona promieniowanie radiowe na falach o długości1,3 mm, a przy tym rozdzielczości aż jednej 20 milionowej sekundy łuku (to bardzo dobra wartość, teoretycznie pozwalająca, gdyby tylko można było w jakiś sposób pominąć krzywiznę Ziemi, na przeczytanie gazety znajdującej się w Nowym Jorku przez osobę znajdującą się w Monachium).
Na zdjęciu: Nowo zaobserwowane na falach radiowych serce galaktyki Centaurus A. Źródło: EHT
Na zdjęciu: Jak EHT obserwował czarną dziurę w M87? Źródło: EHT
EHT wyprodukował też kultowy już, pierwszy w historii obraz cienia czarnej dziury, zaprezentowany publicznie 10 kwietnia 2019 roku. Wykorzystane w nim dane obserwacyjne dla olbrzymiej galaktyki eliptycznej M87 zostały zarejestrowane w 2017 roku. Ale nie każdy wie, że w tym czasie podobny program obserwacyjny objął również galaktykę Centaurus A.
Opublikowane teraz zdjęcie przedstawia serce tej galaktyki, czyli miejsce, w którym czai się jej supermasywna czarna dziura o masie około 55 milionami mas Słońca (!). Widzimy tu, że z jej okolic wyłania się – podobnie jak w przypadku większości aktywnych galaktyk – strumień materii, rozciągający się symetrycznie na kilkaset tysięcy lat świetlnych w kosmos. To tak zwane dżety galaktyczne.
Czy to jednak już koniec naszych możliwości, jeśli chodzi o badania obiektu Centaurus A? Ze względu na jego położenie na południu nieba galaktyka ta miała okazję znaleźć się w centrum uwagi dużych teleskopów optycznych stosunkowo późno, ponieważ zostały one zbudowane na południowej półkuli Ziemi zaledwie cztery dekady temu. Jednak w Australii potężne anteny radiowe nasłuchiwały nieba już w latach 60. Centaurus A była więc również obserwowana w długofalowym zakresie widma. I choć naukowcy do dziś odkryli bardzo wiele na temat tej galaktyki, łącznie z tym, że ze znacznym prawdopodobieństwem zderzyła się z małą galaktyką spiralną przed milionami lat, po czym stopniowo całkowicie ją wchłonęła, zapewne wciąż skrywa ona przed nami wiele tajemnic.
Czytaj więcej:
- Cały artykuł
- Oryginalna publikacja naukowa: Event Horizon Telescope observations of the jet launching and collimation in Centaurus A
- Centaurus A: Polacy badają wysokoenergetyczne promieniowania gamma z dżetu galaktyki aktywnej
Źródło: MPG/technology.org
Opracowanie: Elżbieta Kuligowska
Na zdjęciu: Astronom John Herschel odkrył galaktykę Centaurus A, która leży w odległości koło 13 milionów lat świetlnych od nas, obserwując południowe niebo w latach 1834-1838. Opisał ją jako niezwykłą mgławicę przeciętą szerokim i ciemnym pasmem. Na obrazie w świetle optycznym te smugi, które w rzeczywistości stanowi głównie pył, są wyraźnie widoczne. Źródło: ESO
