Podczerwone rozbłyski z czarnej dziury w sercu Galaktyki

Międzynarodowa grupa astronomów kierowana przez naukowców z Instytutu Maxa Plancka w Niemczech odkryła potężne flary z supermasywnej czarnej dziury w sercu naszej Drogi Mlecznej. Sygnał, gwałtownie zmieniający się w skali minut, musi pochodzić z gorącego gazu spadającego na czarna dziurę, tuż zanim zniknie on poniżej "horyzontu zdarzeń" potwora. Nowe obserwacje silnie przemawiają za tym, iż czarna dziura w centrum naszej galaktyki gwałtownie rotuje.

Teleskop VLT Źródło: ESO

Nigdy przedtem naukowcy nie byli w stanie tak dokładnie badać zjawisk w najbliższym otoczeniu czarnej dziury. Nowe wyniki bazują na obserwacjach uzyskanych dzięki 8.2 - metrowemu teleskopowi YEPUN - jednemu z czterech olbrzymów znajdujących się w Paranal Observatory w Chile na pustyni Atacama oraz optyce adaptacyjnej, w która wyposażone są teleskopy. Rezultaty badań opublikowano niedawno w Nature.


Zasada działania aptyki adaptacyjnej. Źródło: ESO, kliknij aby powiększyć

Optyka Adaptacyjna jest techniką pozwalającą przezwyciężyć zniekształcenie obrazu w zakresie widzialnym i podczerwonym, które spowodowane jest turbulencjami naszej ziemskiej atmosfery. Zniekształcenie padającej fali świetlnej jest wykrywane i analizowane przy pomocy szybkiego czujnika sprzężonego z systemem komputerowym, a następnie bezpośrednio "niwelowane" przy użyciu tak zwanego zwierciadła deformowalnego. Optyka adaptacyjna pozwala otrzymać obrazy o rozdzielczości kątowej ~0.04 sekund łuku na 8.2- metrowym teleskopie VLT w bliskiej podczerwienie i około 10 razy wyraźniejsze zdjęcia niż klasyczne zdjęcia ograniczone przez seeing (czyli turbulencje naszej atmosfery), oraz około 4 razy ostrzejsze niż obrazy z Kosmicznego Teleskopu Hubble'a na tej samej długości fali.

Rozbłyski światła ze znikającej materii

Nic nie zapowiadało nadzwyczajnych wydarzeń, gdy wczesnym rankiem 9 maja 2003 astronomowie pracowali w sterowni VLT w Paranal Observatory. Cztery olbrzymie teleskopy łapały nieliczne fotony, które przyleciały do Chile z najdalszych zakątków Wszechświata. Na monitorach pojawiały się informacje, kolumny cyfr... Nagle na ekranie komputera zbierającego dane z teleskopu YEPUN pojawiło się coś dziwnego...
Co ta gwiazda wyprawia?! wykrzyknął Rainer Schödel, astronom z Max-Planck-Institut w Niemczech. On i Reinhard Genzel, kierownik grupy badawczej, obserwowali centrum Drogi Mlecznej, kiedy zobaczyli zupełnie "nowy" obiekt na ekranie. Coś niezwykłego działo się w centrum naszej galaktyki!

Rozbłysk bliskiej podczerwieni z centrum Galaktyki. Źródło: ESO

Kilka minut później "gwiazda" zniknęła z ekranu. Naukowcy byli świadkami potężnego rozbłysku promieniowania w podczerwieni dochodzącego dokładnie z centrum Drogi Mlecznej, gdzie znajduje się czarna dziura. Ponad dziesięć lat czekaliśmy na emisje w podczerwieni pochodzącą z czarnej dziury przypomina Andreas Eckart z Uniwersytetu w Kolonii. Byliśmy pewni, że od czasu do czasu czarna dziura ściąga na siebie materię. Gdy materia opada w kierunku czarnej dziury, staje się coraz gorętsza i w końcu zaczyna emitować promieniowanie podczerwone.

Ale aż do 9 maja tego roku teleskopy VLT nie zaobserwowały żadnego promieniowania podczerwonego z pobliża czarnej dziury. Był to przełomowy moment. Nigdy wcześniej nikt nie oglądał "na żywo" ostatniego "krzyku" materii, która opadając na czarną dziurę przechodzi punkt, z którego nie ma powrotu.

Na granicy

Uważna analiza nowych danych obserwacyjnych pokazała, że emisja w podczerwieni pochodzi z miejsca oddalonego w skali kątowej o kilka tysięcznych sekund łuku od miejsca, gdzie jest czarna dziura (co odpowiada odległości kilku godzin świetlnych) i zmienia się w skali czasowej rzędu minut. Dla porównania obiekt o długości 2 metrów znajdujący się na Księżycu widzielibyśmy pod kątem 1 tysięcznej sekundy łuku.

To pokazało, że sygnał w podczerwieni musi pochodzić tuż sprzed miejsca zwanego "horyzontem zdarzeń" czarnej dziury, która jest "strefa bezpowrotną", nawet światło nie może z niej uciec. Gwałtowna zmienność widoczna na wszystkich danych z VLT (nie tylko tych z 9 maja br.) jasno wskazuje, że obszar dookoła horyzontu cechuje się chaotycznością - bardzo podobnie jak burze czy rozbłyski słoneczne.

Nasze dane dostarczają nam bezprecedensowych informacji o tym co dzieje się na zewnątrz horyzontu zdarzeń i pozwalają nam testować przewidywania Ogólnej Teorii Względności wyjaśnił Danile Rouan, astronom z Obserwatorium w Meudon. Najbardziej uderzającym rezultatem jest widoczna 17-minutowa periodyczność w krzywych światła dwu zaobserwowanych rozbłysków. Jeśli ta periodyczność wywołana jest ruchem gazu orbitującego wokół czarnej dziury, to nieunikniony wniosek jest taki, że czarna dziura musi gwałtownie rotować.

Reinhard Genzel jest bardzo zadowolony: To wielki przełom. Z teorii wiemy, że czarna dziura ma jedynie masę, kręt oraz ładunek elektryczny. W zeszłym roku byliśmy w stanie jednoznacznie udowodnić istnienie i wyznaczyć masę czarnej dziury w centrum Galaktyki. Jeśli nasze założenie jest poprawne, iż ta periodyczność jest podstawowym czasem orbitowania akreującego gazu, to po raz pierwszy zmierzyliśmy również kręt. I wynika z tego, że ma on połowę wartości dozwolonej przez Teorię Względności.

Genzel dodał - Naprawdę rozpoczęła się Era fizyki obserwacyjnej czarnych dziur!

14 listopada 2003
Źródło | oprac. Karolina Zawada

Liczba odsłon: 823