Źródło zdjęcia: NRAO
Trzydzieści lat po odkryciu przez astronomów tajemniczego obiektu dokładnie w centrum naszej Galaktyki Drogi Mlecznej międzynarodowy zespół naukowców w końcu udało się bezpośrednio zmierzyć rozmiar tego obiektu, który otacza czarną dziurę prawie cztery miliony razy masywniejszą niż Słońce. Jest to do tej pory najbliższe podejście teleskopowe do czarnej dziury i stwarza główną granicę astrofizyki w zasięgu przyszłych obserwacji. Naukowcy wykorzystali radioteleskop Very Long Baseline Array (VLBA) National Science Foundation, aby dokonać przełomu.
„To duży krok naprzód” - powiedział Geoffrey Bower z University of California-Berkeley. „To jest coś, co ludzie chcieli robić od 30 lat”, odkąd obiekt centrum galaktycznego, zwany Strzelcem A * (wymawianym „gwiazdą A”), został odkryty w 1974 roku. Astronomowie donieśli o swoich badaniach w wydaniu z 1 kwietnia Science Express.
„Teraz mamy rozmiar obiektu, ale tajemnica dotycząca jego dokładnej natury wciąż pozostaje” - dodał Bower. Wyjaśnił, że następnym krokiem jest nauczenie się jego kształtu, „abyśmy mogli stwierdzić, czy jest to dżet, cienki dysk czy chmura sferyczna”.
Centrum Drogi Mlecznej, 26 000 lat świetlnych od Ziemi, jest zasłonięte przez pył, więc teleskopy w świetle widzialnym nie mogą badać obiektu. Podczas gdy fale radiowe z centralnego regionu Galaktyki mogą przenikać do pyłu, są one rozpraszane przez turbulentnie naładowaną plazmę w przestrzeni wzdłuż linii wzroku do Ziemi. To rozproszenie udaremniło wcześniejsze próby zmierzenia wielkości centralnego obiektu, podobnie jak mgła zaciera blask odległych latarni morskich.
„Po 30 latach radioteleskopy wreszcie uniosły mgłę i możemy zobaczyć, co się dzieje” - powiedział Heino Falcke z obserwatorium radiowego Westerbork w Holandii, inny członek zespołu badawczego.
Jak twierdzą astronomowie, jasny, emitujący fale radiowy obiekt będzie idealnie pasował dokładnie na ścieżkę orbity Ziemi wokół Słońca. Obliczają, że sama czarna dziura ma średnicę około 14 milionów mil i z łatwością zmieściłaby się na orbicie Merkurego. Czarne dziury są tak gęstymi skupiskami materii, że nawet światło nie może uciec przed ich potężną grawitacją.
Nowe obserwacje VLBA zapewniły astronomom najlepsze spojrzenie na system czarnej dziury. „Jesteśmy znacznie bliżej do zobaczenia wpływu czarnej dziury na jej środowisko tutaj niż gdziekolwiek indziej,” powiedział Bower.
Uważa się, że centralna czarna dziura Drogi Mlecznej, podobnie jak jej masywniejsi kuzyni w bardziej aktywnych jądrach galaktycznych, przyciąga materiał z otoczenia i w procesie napędzającym emisję fal radiowych. Chociaż nowe obserwacje VLBA nie dostarczyły ostatecznej odpowiedzi na temat natury tego procesu, pomogły wykluczyć niektóre teorie, powiedział Bower. Wyjaśnił, że na podstawie najnowszych prac najważniejsze teorie dotyczące natury obiektu emitującego radio to strumienie cząstek subatomowych, podobne do tych obserwowanych w galaktykach radiowych; i niektóre teorie dotyczące przyspieszania materii w pobliżu krawędzi czarnej dziury.
Gdy astronomowie badali Strzelca A * przy coraz wyższych częstotliwościach radiowych, pozorny rozmiar obiektu stał się mniejszy. Ten fakt również, jak powiedział Bower, pomógł wykluczyć niektóre pomysły dotyczące natury obiektu. Zmniejszenie obserwowanego rozmiaru wraz ze wzrostem częstotliwości lub krótszej długości fali daje astronomom kuszący cel.
„Wydaje nam się, że w końcu możemy obserwować na wystarczająco krótkich długościach fali, że zobaczymy odcięcie, gdy osiągniemy rozmiar samej czarnej dziury” - powiedział Bower. Ponadto powiedział: „w przyszłych obserwacjach mamy nadzieję zobaczyć„ cień ”rzucony przez efekt soczewkowania grawitacyjnego bardzo silnej grawitacji czarnej dziury”.
W 2000 r. Falcke i jego koledzy zaproponowali taką obserwację na podstawie teoretycznej i wydaje się ona obecnie możliwa. „Obrazowanie cienia horyzontu zdarzeń czarnej dziury jest teraz w naszym zasięgu, jeśli będziemy pracować wystarczająco ciężko w nadchodzących latach”, dodał Falcke.
Kolejny wniosek, do którego doszli naukowcy, jest taki, że „całkowita masa czarnej dziury jest bardzo skoncentrowana”, według Bowera. Nowe obserwacje VLBA zapewniają, jak powiedział, „najbardziej precyzyjną lokalizację masy supermasywnej czarnej dziury”. Precyzja tych obserwacji pozwala naukowcom powiedzieć, że masa co najmniej 40 000 Słońca musi znajdować się w przestrzeni odpowiadającej wielkości orbity Ziemi. Jednak ta liczba reprezentuje tylko dolną granicę masy. Naukowcy uważają, że najprawdopodobniej cała masa czarnej dziury - równa 4 milionom Słońca - jest skoncentrowana w obszarze pochłoniętym przez obiekt emitujący fale radiowe.
Aby dokonać pomiaru, astronomowie musieli dokładać wszelkich starań, aby obejść efekt rozproszenia „mgły” plazmy między Strzelcem A * a Ziemią. „Musieliśmy naprawdę mocno naciskać na naszą technikę” - powiedział Bower.
Bower porównał to zadanie do „próby zobaczenia żółtego gumowego kaczuszka przez matowe szkło kabiny prysznicowej”. Dokonując wielu obserwacji, zachowując jedynie dane najwyższej jakości i matematycznie usuwając efekt rozpraszania plazmy, naukowcom udało się dokonać pierwszego pomiaru wielkości Strzelca A *.
Oprócz Bowera i Falcke w skład zespołu badawczego wchodzą Robin Herrnstein z Columbia University, Jun-Hui Zhao z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Miller Goss z National Radio Astronomy Observatory oraz Donald Backer z University of California-Berkeley. Falcke jest również adiunktem na Uniwersytecie w Nijmegen i wizytującym naukowcem w Max-Planck Institute for Radioastronomy w Bonn, Niemcy.
Strzelec A * został odkryty w lutym 1974 r. Przez Bruce'a Balicka, obecnie na University of Washington, i Roberta Browna, obecnie dyrektora National Astronomy and Ionospheric Center na Cornell University. Ostatecznie wykazano, że jest to środek Drogi Mlecznej, wokół którego obraca się reszta Galaktyki. W 1999 roku Mark Reid z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i jego koledzy wykorzystali obserwacje VLBA Strzelca A * do wykrycia ruchu Ziemi na orbicie wokół centrum Galaktyki i ustalili, że nasz Układ Słoneczny zajmuje 226 milionów lat, aby wykonać jeden obwód wokół Galaktyka.
W marcu 2004 r. 55 astronomów zebrało się w National Radio Astronomy Observatory w Green Bank, West Virginia, na konferencji naukowej z okazji odkrycia Strzelca A * w Green Bank 30 lat temu. Na tej konferencji naukowcy odsłonili pamiątkową tablicę na jednym z teleskopów odkrywczych.
Very Long Baseline Array, część National Radio Astronomy Observatory, to system radioteleskopu obejmujący cały kontynent, z 10 240-tonowymi antenami antenowymi od Hawajów po Karaiby. Zapewnia największą moc rozdzielczą lub zdolność dostrzegania drobnych szczegółów z dowolnego teleskopu w astronomii, na Ziemi lub w kosmosie.
National Radio Astronomy Observatory to placówka National Science Foundation, obsługiwana na podstawie umowy o współpracy przez Associated Universities, Inc.
Oryginalne źródło: NRAO News Release
