Bąbel gorącego gazu wiruje wokół supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej

Radioteleskop ALMA znajduje się w chilijskich Andach. Jego współwłaścicielem jest Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) w ramach projektu Teleskop Horyzontu Zdarzeń (ang. Event Horizon Telescope, EHT), którego celem jest uzyskiwanie obrazów czarnych dziur. W kwietniu 2017 roku połączono razem osiem istniejących radioteleskopów na całym świecie, w tym ALMA, uzyskując w efekcie niedawno opublikowany pierwszy w historii obraz Sagittarius A*.

Aby skalibrować dane EHT, Maciek Wielgus z Max Planck Institute for Radio Astronomy w Bonn i Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN wraz z współpracownikami z EHT Collaboration, używali danych ALMA, rejestrowanych jednocześnie z obserwacjami Sagittarius A* prowadzonymi przez EHT. Ku zaskoczeniu zespołu, w pomiarach ALMA znaleziono więcej ukrytych wskazówek dotyczących natury czarnej dziury.

- Sądzimy, że patrzymy na gorący bąbel gazu kręcący się wokół Sagittarius A* na orbicie podobnej rozmiarem do tej, jaką ma planeta Merkury, ale dokonujący pełnego okrążenia w zaledwie około 70 minut. To wymaga oszałamiającej prędkości około 30 procent prędkości światła - mówił astronom.

OGLĄDAJ W TVN24 GO: Tajemniczy bąbel gorącego gazu. Czym jest obiekt krążący w centrum naszej galaktyki?

Przez przypadek cześć obserwacji wykonano krótko po wybuchu lub rozbłysku promieniowania X, wyemitowanego z centrum naszej galaktyki, dostrzeżonego przez Kosmiczny Teleskop Chandra należący do NASA. Uważa się, że ten rodzaj rozbłysków, obserwowanych wcześniej przez teleskopy rentgenowskie i podczerwone, ma związek z tak zwanymi "gorącymi plamami", czyli bąblami gorącego gazu, które krążą po orbicie bardzo szybko i bardzo blisko czarnej dziury.

- To, co jest naprawdę nowe i interesujące, to kwestia, że tego typu rozbłyski były do tej pory wyraźnie widoczne jedynie w rentgenowskich i podczerwonych obserwacjach Sagittarius A*. Natomiast tutaj po raz pierwszy widzimy bardzo silne wskazania, że orbitujące gorące plamy dostępne są też do obserwacji radiowych - mówi Wielgus, który ma także dodatkową afiliację Black Hole Initiative na Harvard University (USA).

- Być może te gorące plamy wykryte na falach podczerwonych są manifestacją tego samego zjawiska fizycznego: gdy emitujący w podczerwieni gorące plamy ochładzają się, stają się dostrzegalne na dłuższych falach, tak jak przypadki zaobserwowane przez ALMA i EHT - zauważyła Jesse Vos, doktorant na Radboud University (Holandia), który również był zaangażowany w badania.

Od dawna uważano, że rozbłyski te pochodzą od interakcji magnetycznych w bardzo gorącym gazie, krążącym bardzo blisko Sagittarius A*, a nowe wyniki wspierają tę koncepcję.

- Teraz mamy mocny dowód na magnetyczne pochodzenie tych rozbłysków, a nasze obserwacje dają wskazówki na temat geometrii całego procesu. Nowe dane są niesamowicie pomocne w tworzeniu teoretycznych interpretacji omawianych wydarzeń - mówiła Monika Mościbrodzka z Radboud University, współautorka odkrycia.

ALMA pozwala astronomom na badania spolaryzowanej emisji radiowej z Sagittarius A*, których można używać do odkrycia tajemnic pola magnetycznego czarnej dziury. Zespół wykorzystał te obserwacje razem z modelami teoretycznymi do dowiedzenia się więcej o formowaniu się gorącej plamy i otoczeniu, w którym jest zanurzona, w tym o polu magnetycznym wokół Sagittarius A*. Badania te dostarczają silniejszych ograniczeń kształtu pola magnetycznego niż wcześniejsze obserwacje, co pomoże astronomom w odkryciu natury czarnej dziury i jej otoczenia.

Obserwacje potwierdzają niektóre z wcześniejszych odkryć dokonanych instrumentem GRAVITY na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) należącym do ESO, który obserwuje w podczerwieni. Dane z GRAVITY i ALMA wzięte razem sugerują, że rozbłysk pochodzi z obłoku gazu wirującego wokół czarnej dziury z około 30 proc. prędkości światła w kierunku na niebie zgodnym z ruchem wskazówek zegara, z orbitą gorącej plamy ustawioną do nas w widoku prawie "z góry".

- W przyszłości powinniśmy być w stanie śledzić gorące plamy na różnych częstotliwościach, korzystając z koordynowanych obserwacji na wielu długościach fali przez GRAVITY i ALMA, sukces takiego przedsięwzięcia będzie prawdziwym kamieniem milowym dla naszego zrozumienia fizyki rozbłysków z centrum Galaktyki - zauważył Ivan Marti-Vidal z University of València (Hiszpania), współautor badań.

Zespół badaczy ma także nadzieję, że będzie w stanie bezpośrednio obserwować orbitujące obłoki gazu przy pomocy EHT, aby sondować coraz bliżej czarnej dziury i dowiedzieć się więcej na jej temat. - Mam nadzieję, że pewnego dnia będziemy mogli powiedzieć, że "wiemy" co się dzieje w Sagittarius A* - podsumował Wielgus.