Zaobserwowano gorącą plamę orbitującą wokół czarnej dziury w naszej galaktyce

Zdaniem Maćka Wielgusa z Max Planck Institute for Radio Astronomy w Bonn (Niemcy) i Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN (Warszawa), który kierował badaniami opublikowanymi w Astronomy & Astrophysics, na obrazowaniach możemy dostrzec gorący bąbel gazu kręcący się wokół Sagittarius A* na orbicie podobnej rozmiarem do orbity jaką ma planeta Merkury. Dokonuje on pełnego okrążenia w zaledwie około 70 minut, co wymaga oszałamiającej prędkości około 30% prędkości światła.

Obserwacje zostały przeprowadzone przy pomocy ALMA w chilijskich Andach – radioteleskopu, które współwłaścicielem jest Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) – w ramach projektu Teleskop Horyzontu Zdarzeń (ang. Event Horizon Telescope, EHT) mającego na celu uzyskiwanie obrazów czarnych dziur. W kwietniu 2017 roku w EHT 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, Wielgus i jego współpracownicy 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.

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.
Maciek Wielgus

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.
Jesse Vos, doktorant na Radboud University

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. Współautorka badań, Monika Mościbrodzka z Radboud University powiedziała, że teraz mamy mocny dowód na magnetyczne pochodzenie tych rozbłysków, a obserwacje dają wskazówki na temat geometrii całego procesu. Dodatkowo nowe dane są niesamowicie pomocne w tworzeniu teoretycznych interpretacji omawianych wydarzeń.

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 razem sugerują, że rozbłysk pochodzi z obłoku gazu wirującego wokół czarnej dziury z około 30% 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 Galaktyk.
Ivan Marti-Vidal z University of València, współautor badań

Zespół badawczy 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 będzie mogli powiedzieć, że 'wiemy' co się dzieje w Sagittarius A*" podsumowuje Wielgus.

Więcej informacji znajduje się na oficjalnej stronie ESO.

Źródło: European Southern Observatory (ESO)