Przejdź do treści

Odkrywanie czarnej dziury w centrum Galaktyki

img

Po dołączeniu ALMA do sieci teleskopów, astronomowie po raz pierwszy odkryli, że emisja z supermasywnej czarnej dziury Sagittarius A* (Sgr A*) w centrum naszej galaktyki pochodzi z mniejszego regionu, niż wcześniej sądzono. Może to wskazywać, że strumień radiowy od Sgr A* jest skierowany prawie bezpośrednio w naszą stronę.

Jak dotąd mglisty obłok gorącego gazu uniemożliwił astronomom wykonanie ostrych zdjęć supermasywnej czarnej dziury Sgr A*, poddając w wątpliwość jej prawdziwą naturę. Po dołączeniu potężnego teleskopu ALMA w północnym Chile do globalnej sieci radioteleskopów, astronomowie nadal mogli obserwować tę mgłę widząc, że źródło to wciąż zaskakuje: obszar pochodzącej z niego emisji jest tak mały, że źródło faktycznie może być skierowane bezpośrednio w stronę Ziemi.

Wykorzystując w obserwacjach technikę interferometrii wielobazowej (VLBI) na częstotliwości 86 GHz, która łączy wiele teleskopów w jeden wirtualny teleskop wielkości Ziemi, udało się stworzyć dokładną mapę rozpraszania światła blokującego nam Sgr A*. Usunięcie większości efektów rozpraszania pozwoliło stworzyć pierwszy obraz otoczenia czarnej dziury.

Nierozproszony obraz wysokiej jakości pozwolił zespołowi nałożyć ograniczenia na teoretyczny model gazu wokół Sagittarius A*. Większość emisji radiowej pochodzi z zaledwie trzystu milionowych stopnia, a jej źródło charakteryzuje się symetryczną morfologią. „Może to wskazywać, że emisja radiowa pochodzi z dysku opadającego gazu, a nie z dżetu radiowego. Gdyby tak było, oznaczałoby to, że Sgr A* jest wyjątkiem w porównaniu z innymi czarnymi dziurami emitującymi promieniowanie radiowe. Alternatywą może być to, że strumień radiowy skierowany jest dokładnie w naszą stronę” – wyjaśnia Sara Issaoun, która przetestowała na tych danych kilka modeli komputerowych.

Heino Falcke, profesor radioastronomii na Uniwersytecie Radboud oraz opiekun naukowy Issaoun mówi, że jest to bardzo nietypowe, ale nie wyklucza takiego rozwiązania. Jeszcze w zeszłym roku Falcke uznałby to za przekombinowany model, ale ostatnio zespół GRAVITY doszedł do podobnego wniosku, używając Bardzo Dużego Interferometru (VLTI) składającego się z teleskopów optycznych.  

Supermasywne czarne dziury powszechnie występują w centrach galaktyk i mogą generować najbardziej energetyczne zjawiska w znanym Wszechświecie. Uważa się, że wokół tych czarnych dziur materia opada na rotujący dysk, a jej część jest wyrzucana w przeciwnym kierunku w wąskich strumieniach, zwanych dżetami, z prędkością bliską prędkości światła, co zwykle prowadzi do emisji dużej ilości promieniowania radiowego.

Sagittarius A* jest najbliższą nam supermasywną czarną dziurą o masie około 4 mln Słońc. Jej pozorny rozmiar na niebie jest mniejszy niż sto milionowych części stopnia, co odpowiada rozmiarom piłki tenisowej na Księżycu widzianej z Ziemi. Aby ją zmierzyć, potrzeba techniki VLBI. Rozdzielczość osiągnięta dzięki VLBI jest zwiększana przez częstotliwość obserwacji. Najwyższa dotychczasowa częstotliwość wykorzystywana przez VLBI to 230 GHz. „Pierwsze obserwacje Sgr A* na częstotliwości 86 GHz pochodzą sprzed 26 lat i prowadzone były przy pomocy zaledwie kilku teleskopów. Z biegiem lat jakość danych i możliwość przetwarzania obrazu stale się poprawiały wraz ze zwiększającą się liczbą teleskopów w sieci” – mówi J. Anton Zensus, dyrektor Instytutu Radioastronomii Maxa Plancka.

Udział ALMA w mm-VLBI jest ważny ze względu na jego czułość oraz usytuowanie na półkuli południowej. Oprócz ALMA w sieci uczestniczyło również 12 radioteleskopów w Ameryce Północnej i Europie. Osiągnięta rozdzielczość była dwukrotnie większa niż w poprzednich obserwacjach na tej częstotliwości i pozwoliła na stworzenie pierwszego obrazu Sgr A* całkowicie pozbawionego rozproszenia międzygwiazdowego – efektu spowodowanego przez nieregularność gęstości zjonizowanej materii znajdującej się wzdłuż pola widzenia pomiędzy Sgr A* a Ziemią.

Aby usunąć rozproszenie i uzyskać obraz, zespół wykorzystał technikę opracowaną przez Michaela Johnsona z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). „Mimo, że rozproszenie powoduje rozmycie i zniekształcenie obrazu Sgr A*, niesamowita rozdzielczość tych obserwacji pozwoliła nam dokładnie określić wartość rozproszenia. Mogliśmy usunąć większość efektów rozproszenia i bezpośrednio zobaczyć otoczenie czarnej dziury. Wspaniała informacja jest taka, że obserwacje te pokazują, że rozproszenie nie powstrzyma Teleskopu Horyzontu Zdarzeń przed zobaczeniem cienia czarnej dziury na 230 GHz, jeżeli on w ogóle istnieje” – mówi Johnson.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Lifting the veil on the black hole at the heart of our Galaxy

Źródło: Max Planck Institute for Radio Astronomy

Na zdjęciu: U góry po lewej: symulacja Sgr A* na 86 GHz. U góry po prawej: symulacja z dodatkowymi efektami rozpraszania. Na dole po prawej: rozproszony obraz z obserwacji. Tak widzimy Sgr A* na niebie. Na dole po lewej: obraz nierozproszony, po usunięciu efektu rozproszenia wzdłuż linii pola widzenia, tak właśnie wygląda Sgr A*. Źródło: S. Issaoun, M. Mościbrodzka, Radboud University/ M. D. Johnson, CfA