Najlepszy obraz pyłowego obłoku przechodzącego w pobliżu czarnej dziury w centrum Galaktyki

Złożenie obrazów pokazuje ruch pyłowego obłoku G2 w momencie gdy zbliża się, a następnie przechodzi obok supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej.

Nowe obserwacje z teleskopu VLT, należącego do ESO, pokazują, że najprawdopodobniej obłok przetrwał swoje spotkanie z czarną dziurą i pozostał zwartym obiektem, nie rozciągniętym w istotnym sposób.

Zaznaczono pozycje obłoku w latach 2006, 2010, 2012 oraz w lutym i wrześniu 2014 r. (od lewej do prawej). Plamom nadano kolory wskazujące ruch obłoku, czerwony oznacza obiekt oddalający się, a niebieski zbliżający się. Krzyżykiem oznaczono pozycję supermasywnej czarnej dziury.

ESO/A. Eckart

Najlepsze jak dotąd obserwacje zapylonego obłoku gazu G2 potwierdzają, że dokonał on największego zbliżenia do supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej w maju 2014 r. i udało mu się przetrwać. Najnowsze wyniki z należącego do ESO teleskopu VLT pokazują, że obiekt nie wydaje się w istotny sposób rozciągnięty i że jest bardzo zwarty. Najprawdopodobniej jest to młoda gwiazda z masywnym jądrem, która ciągle akreuje materię. Czarna dziura nie wykazała jeszcze na razie zwiększonej aktywności po tym przejściu.

Supermasywna czarna dziura o masie cztery miliony razy większej niż masa Słońca rezyduje w sercu Drogi Mlecznej. Jest okrążana przez małą grupę jasnych gwiazd oraz dodatkowo przez tajemniczy pyłowy obłok, znany jako G2 i śledzony w trakcie swojego spadku w stronę czarnej dziury przez ostatnie kilka lat. Największe zbliżenie, określane terminem „perybotron”, było przewidziane na maj 2014 r.

Spodziewano się, że olbrzymie siły pływowe w tym rejonie, od bardzo silnej grawitacji, rozerwą obłok na kawałki i rozrzucą go wzdłuż orbity. Część materii zasili czarną dziurę i doprowadzi do nagłych rozbłysków i innych dowodów na to, ze „potwór” delektuje się rzadkim posiłkiem. W celu zbadania tych rzadko występujących zdarzeń obszar galaktycznego centrum był uważnie obserwowany w kilku ostatnich latach przez wiele zespołów naukowych za pomocą dużych teleskopów na całym świecie.

Zespół, którym kierował Andreas Eckart (Uniwersytet w Kolonii, Niemcy) przez wiele lat obserwował ten obszar za pomocą teleskopu Very Large Telescope (VLT) [1], w tym w trakcie krytycznego okresu od lutego do września 2014 r., tuż przed i tuż po przejściu przez perybotron w maju 2014 r. Te nowe obserwacje są zgodne z wcześniejszymi wykonanymi za pomocą Teleskopu Kecka na Hawajach [2].

Zdjęcia w świetle podczerwonym, pochodzącym od świecącego wodoru, pokazują że obłok był zwarty zarówno przed, jak i po największym zbliżeniu, gdy obrócił się wokół czarnej dziury.

Oprócz dostarczenia wyraźnych zdjęć, instrument SINFONI na VLT dzieli także światło na składowe barwy w podczerwieni, pozwalając na oszacowanie prędkości obłoku [3]. Przed największym zbliżeniem obłok oddalał się od Ziemi z tempem około 10 milionów kilometrów na godzinę, natomiast po obróceniu się wokół czarnej dziury zbliża się do Ziemi z prędkością około dwunastu milionów kilometrów na godzinę.

Florian Peissker, doktorant na Uniwersytecie w Kolonii w Niemczech, który wykonał większość obserwacji, mówi: „Pobyt przy teleskopie i obserwowanie w czasie rzeczywistym spływających danych było fascynującym doświadczeniem”, a Monica Valencia-S. stażystka na Uniwersytecie w Kolonii, która następnie zajmowała się trudnym procesem obróbki danych, dodaje: „Niesamowite było widzieć, jak poświata od obłoku pyłu pozostała zwarta zarówno przed, jak i po największym zbliżeniu do czarnej dziury.”

Chociaż wcześniejsze obserwacje sugerowały, że obiekt G2 jest w trakcie rozciągania, to nowe dane nie dają dowodów na przypuszczenia, że obłok został w istotny sposób rozerwany, nie stając się ani rozciągnięty wizualnie, ani nie wykazując większego rozrzutu prędkości.

Oprócz obserwacji za pomocą instrumentu SINFONI zespół wykonał także długie serie pomiarów polaryzacji światła  pochodzącego od obszaru wokół supermasywne czarnej dziury, używając do tego celu instrumentu NACO na VLT. Są to najlepsze tego typu obserwacji na świecie, pokazujące że zachowanie materii akreowanej na czarną dziurę jest bardzo stabilne i – jak dotąd – nie zostało zaburzone przez dotarcie materii z obłoku G2.

Odporność pyłowego obłoku na ekstremalnie grawitacyjne efekty pływowe tak blisko czarnej dziury mocno sugeruje, że G2 raczej jest otoczeniem gęstego obiektu o masywnym jądrze, a nie swobodnie poruszającym się obłokiem. Potwierdzeniem tego przypuszczenia jest brak jak na razie dowodów na zasilanie czarnej dziury materią, która by doprowadziła do świecenia i zwiększonej aktywności.

Andreas Eckart podsumowuje nowe rezultaty: Przejrzeliśmy wszystkie najnowsze dane, a w szczególności dla okresu w 2014 r., gdy nastąpiło największe zbliżenie do czarnej dziury. Nie możemy potwierdzić żadnego znaczącego rozciągnięcia źródła. Z pewnością nie zachowuje się jak pyłowy obłok nie posiadający jądra. Uważamy, że musi to być młoda gwiazda otoczona pyłem.

Uwagi

[1] Są to bardzo trudne obserwacje, ponieważ obszar jest przesłonięty grubymi obłokami pyłu, co wymaga obserwacji w zakresie podczerwonym. CO więcej, zdarzenie zachodzi bardzo blisko czarnej dziury, wymagając optyki adaptatywnej aby uzyskać ostre obrazy. Zespół używał instrumentu SINFONI na teleskopie VLT oraz monitorował zachowanie centralnej czarnej dziury w świetle spolaryzowanym za pomocą instrumentu NACO.

[2] Obserwacje z VLT są zarówno ostrzejsze (ponieważ zostały wykonane na znacznie krótszych falach) jak i dały dodatkowe pomiary prędkości z instrumentu SINFONI oraz polaryzacji z NACO.

[3] Ponieważ pyłowy obłok porusza się względem Ziemi – oddalał się od Ziemi przed największym zbliżeniem do czarnej dziur, a zbliża się po tym wydarzeniu - przesunięcie Dopplera zmienia obserwowaną długość światła. Zmiany te można zmierzyć za pomocą czułego spektrografu, takiego jak SINFONI na teleskopie VLT. Można także dokonać pomiarów rozrzutu prędkości w materii – taki efekt byłby spodziewany gdyby obłok został w istotny sposób rozciągnięty wzdłuż orbity, tak jak było to wcześniej opisywane.

Więcej informacji

Wyniki badań opisano w artykule pt. “Monitoring the Dusty S-Cluster Object (DSO/G2) on its Orbit towards the Galactic Center Black Hole”, M. Valencia-S. et al., w czasopiśmie Astrophysical Journal Letters.

Skład zespołu badawczego: M. Valencia-S. (Physikalisches Institut der Universität zu Köln, Niemcy), A. Eckart (Universität zu Köln; Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Niemcy [MPIfR]), M. Zajacek (Universität zu Köln; MPIfR; Astronomical Institute of the Academy of Sciences Prague, Czechy), F. Peissker (Universität zu Köln), M. Parsa (Universität zu Köln), N. Grosso (Observatoire Astronomique de Strasbourg, France), E. Mossoux (Observatoire Astronomique de Strasbourg), D. Porquet (Observatoire Astronomique de Strasbourg), B. Jalali (Universität zu Köln), V. Karas (Astronomical Institute of the Academy of Sciences Prague), S. Yazici (Universität zu Köln), B. Shahzamanian (Universität zu Köln), N. Sabha (Universität zu Köln), R. Saalfeld (Universität zu Köln), S. Smajic (Universität zu Köln), R. Grellmann (Universität zu Köln), L. Moser (Universität zu Köln), M. Horrobin (Universität zu Köln), A. Borkar (Universität zu Köln), M. García-Marín (Universität zu Köln), M. Dovciak (Astronomical Institute of the Academy of Sciences Prague), D. Kunneriath (Astronomical Institute of the Academy of Sciences Prague), G. D. Karssen (Universität zu Köln), M. Bursa (Astronomical Institute of the Academy of Sciences Prague), C. Straubmeier (Universität zu Köln) oraz H. Bushouse (Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland, USA).

Źródło: ESO | Tłumaczenie: Krzysztof Czart

Liczba odsłon: 1559