Prawie niewyobrażalnie ogromna czarna dziura znajduje się w sercu Drogi Mlecznej. Ale oczywiście nikt nigdy tego nie widział (coś więcej, więcej o tym później): wszystko opiera się na dowodach innych niż bezpośrednia obserwacja.
SMBH Drogi Mlecznej nazywa się Strzelec A * (Sgr. A *) i jest około 4 milionów razy masywniejszy niż Słońce. Naukowcy wiedzą, że tam jest, ponieważ możemy obserwować jego wpływ na materię, która się do niej zbliża. Teraz mamy jeden z naszych najlepszych poglądów na Sgr. A *, dzięki zespołowi naukowców stosujących technikę zwaną interferometrią.
As Sgr. Silna grawitacja A * przyciąga do niej gaz i pył, gaz i pył wirują wokół otworu. Jakoś promieniuje ogromną ilość energii, którą astronomowie mogą zobaczyć. Ale astronomowie nie są pewni, co uwalnia tę energię. Czy pochodzi z wirującego materiału? A może pochodzi od strumieni materiałów strzelających z dziury?
„Źródło promieniowania z Sgr A * było przedmiotem dyskusji od dziesięcioleci.”
Michael Johnson z Centrum Astrofizyki | Harvard and Smithsonian (CfA)
„Źródło promieniowania z Sgr A * było przedmiotem dyskusji od dziesięcioleci”, mówi Michael Johnson z Centrum Astrofizyki | Harvard and Smithsonian (CfA). „Niektóre modele przewidują, że promieniowanie pochodzi z dysku materiału połkniętego przez czarną dziurę, podczas gdy inne przypisują go strumieniowi materiału wystrzeliwującemu z czarnej dziury. Bez wyraźniejszego widoku czarnej dziury nie możemy wykluczyć żadnej z tych możliwości ”.
Tak więc zrozumienie czarnych dziur oznacza, że astronomowie muszą lepiej widzieć obszar dziury. Ale wydarzenia w Sgr. A * są zasłonięte przez grudkowate chmury elektronów między nami a centrum galaktyki. A te chmury rozmazują i zniekształcają nasz widok na czarną dziurę.
Zespołowi astronomów udało się przejrzeć te chmury elektronów, aby lepiej zobaczyć, co się dzieje w Sgr. ZA*. Zespół jest prowadzony przez
Doktorantka Uniwersytetu Radboud, Sara Issaoun, i zajrzeć do Sgr. Sąsiedzi *, polegali na technice o nazwie Very Long Baseline Interferometry (VLBI).
Wynik? Jeden z naszych najczystszych jak dotąd zdjęć tego, co dzieje się w supermasywnej czarnej dziurze naszej galaktyki.
Interferometria to technika łączenia wielu teleskopów razem w celu bardziej skutecznego obrazowania odległego obiektu. Im bardziej oddalone są zakresy, tym dłuższa jest linia bazowa i tym większa jest efektywna apertura. Dzięki VLBI, zastosowanemu w tych badaniach, poszczególne teleskopy obejmują cały świat, tworząc ogromny rodzaj wirtualnego teleskopu.
Ale były inne interferometry i nie widzieli Sgr. A * to wyraźnie. Zespół prowadzący to badanie zrobił jeszcze jeden postęp w interferometrii. Wyposażyli potężny ALMA (Atacama Large Millimeter Array) w Chile w nową elektronikę, zwaną systemem fazowania. To pozwoliło ALMA, która jest już interferometrem, dołączyć do sieci 12 innych teleskopów zwanych GMVA (Global 3mm VLBI Array). Jak sama nazwa wskazuje, GMVA jest już bardzo długim interferometrem linii podstawowej. Tak więc połączenie GMVA z ALMA tworzy rodzaj Super VLBI.
„… Patrzymy na tę bestię ze specjalnego punktu widzenia”.
Heino Falcke, profesor astronomii radiowej na Uniwersytecie Radboud.
„Sam ALMA to zbiór ponad 50 anten radiowych. Magią nowego systemu fazowania ALMA jest umożliwienie wszystkim tym antenom działania jako jednego teleskopu, który ma czułość pojedynczej anteny o średnicy większej niż 75 metrów. Ta wrażliwość i położenie wysoko w Andach sprawia, że idealnie nadaje się do tego badania Sgr A * ”, mówi Shep Doeleman z CfA, który był głównym badaczem projektu ALMA Phasing.
„Przełom w jakości obrazu wynikał z dwóch czynników”, wyjaśnia Lindy Blackburn, radio astronom z CfA. „Obserwując przy wysokich częstotliwościach, uszkodzenie obrazu z materiału międzygwiezdnego było mniej znaczące, a poprzez dodanie ALMA podwoiliśmy moc rozdzielczą naszego instrumentu.”
Czego więc naukowcy nauczyli się z tej innowacji? W jaki sposób te wspaniałe obrazy pomogły im zrozumieć naszą supermasywną czarną dziurę, Sgr. ZA*?
Nowe zdjęcia pokazują, że promieniowanie z Sgr A * ma symetryczną morfologię i jest mniejsze niż się spodziewano - obejmuje jedynie 300 milionowych stopni. „Może to wskazywać, że emisja radiowa jest wytwarzana w dysku z nieomylnym gazem, a nie przez strumień radiowy”, wyjaśnia Issaoun, który przetestował symulacje komputerowe na obrazach. „Jednak to sprawiłoby, że Sgr A * byłby wyjątkiem w porównaniu z innymi emitującymi radio czarnymi dziurami. Alternatywą może być to, że strumień radiowy skierowany jest niemal bezpośrednio na nas. ”
Dyskusja wokół energii wypromieniowanej przez Sgr. A * i niezależnie od tego, czy pochodzi od wirującego, nagrzanego materiału w dysku akrecyjnym, czy od strumieni materiału skierowanych od otworu. Może to zależeć od naszego punktu obserwacyjnego.
Kierownikiem Issaoun jest Heino Falcke, profesor radioastronomii na Uniwersytecie Radboud. Falcke był zaskoczony tym wynikiem, aw zeszłym roku Falcke uznałby ten nowy model samolotu za niewiarygodny. Ale ostatnio inny zestaw naukowców doszedł do podobnego wniosku przy użyciu bardzo dużego interferometru teleskopów ESO z teleskopów optycznych i niezależnej techniki. „Może to w końcu prawda” - podsumowuje Falcke - „a my patrzymy na tę bestię ze specjalnego punktu widzenia”.
Astronomowie nie skończyli z Sgr. A * jeszcze. Planują coraz lepsze spojrzenie na supermasywną czarną dziurę. „Pierwsze obserwacje Sgr A * przy częstotliwości 86 GHz pochodzą z 26 lat temu, przy użyciu tylko kilku teleskopów. Z biegiem lat jakość danych stale się poprawiała wraz z dołączaniem kolejnych teleskopów ”- mówi J. Anton Zensus, dyrektor Instytutu Radioastronomii im. Maxa Plancka.
Następny jest Event Horizon Telescope.
EHT to międzynarodowa współpraca mająca na celu zbadanie bezpośredniego otoczenia czarnej dziury. To nie jest jeden teleskop, ale raczej połączony system radioteleskopów na całym świecie, wszystkie współpracujące ze sobą za pomocą interferometrii. Mierząc energię elektromagnetyczną z regionu otaczającego czarną dziurę za pomocą wielu anten radiowych w wielu lokalizacjach, można wyprowadzić niektóre właściwości źródła.
Astronomowie spędzili cztery lata przy użyciu EHT do badania supermasywnej czarnej dziury Sgr. Okres ten zakończył się w kwietniu 2017 r., Ale zespół 200 naukowców i inżynierów nadal pracuje nad danymi. Do tej pory wydali tylko model komputerowy tego, co mają nadzieję zobaczyć.
Michael Johnson jest optymistą. „Jeśli ALMA odniesie taki sam sukces, dołączając do Event Horizon Telescope przy jeszcze wyższych częstotliwościach, to nowe wyniki pokazują, że rozproszenie międzygwiezdne nie powstrzyma nas przed zerknięciem aż do horyzontu zdarzeń czarnej dziury”.
Wyniki zespołu zostały opublikowane w czasopiśmie Astrophysical Journal.
Źródła:
- Informacja prasowa: Lifting the Veil on Black Hole at the Heart of Our Galaxy
- Artykuł badawczy: Rozmiar, kształt i rozproszenie Strzelca A * przy częstotliwości 86 GHz: Pierwszy VLBI z ALMA
- Space Magazine: Oto jak mogą wyglądać pierwsze obrazy z wydarzenia Horizon
- Wpis w Wikipedii: Sagittarius A *
- Obserwatorium ALMA
