Obłok rozrywany przez czarną dziurę

Obłok rozrywany przez supermasywną czarną dziurę w centrum Drogi Mlecznej
Obłok rozrywany przez supermasywną czarną dziurę w centrum Drogi Mlecznej. Obserwacje z teleskopu VLT z lat 2006 (kolor niebieski), 2010 (zielony) i 2013 (czerwony).
ESO/S. Gillessen

Nowe obserwacje z należącego do ESO Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) po raz pierwszy pokazują obłok gazu rozrywany przez supermasywną czarną dziurę w centrum galaktyki. Obłok jest obecnie rozciągnięty w tak dużym stopniu, że jego czoło przeszło przez najbliższy punkt i oddala się od czarnej dziury z prędkością ponad 10 milionów km/h, podczas gdy ogon nadal spada na czarną dziurę.

W roku 2011 Bardzo Duży Teleskop (VLT) odkrył obłok gazu o masie kilkakrotnie większej niż Ziemia, który przyspieszał w kierunku czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej (eso1151) [1]. Obecnie obłoki ten dokonuje najbliższego przejścia koło czarnej dziury, a nowe obserwacje VLT pokazują, że został znacząco rozciągnięty przez ekstremalne pole grawitacyjne czarnej dziury.

„Gaz na przodzie obłoku jest obecnie rozciągnięty na ponad 160 miliardów kilometrów wokół najbliższego punktu swojej orbity wokół czarnej dziury. Najbliższy punkt znajduje się zaledwie nieco ponad 25 miliardów kilometrów od samej czarnej dziury – ledwo unikając pochłonięcia przez nią” wyjaśnia Stefan Gillessen (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Niemcy), który kierował zespołem obserwacyjnym [2]. „Obłok jest tak rozciągnięty, że zbliżenie nie jest pojedynczym zdarzeniem, ale procesem rozciągającym się na co najmniej rok czasu.”

Gdy obłok gazu ulega rozciągnięciu, jego światło staje się trudniejsze do dostrzeżenia. Ale dzięki wpatrywaniu się w obszar blisko czarnej dziury przez ponad 20 godzin łącznego czasu ekspozycji za pomocą instrumentu SINFONI na VLT – co jest najgłębszą ekspozycją tego obszaru przy użyciu spektrometru typu „integral field spectrometer” [3] – zespół był w stanie zmierzyć prędkości różnych fragmentów obłoku mijającego czarną dziurę [4].

“Najciekawszą rzeczą, którą widzimy w nowych obserwacjach, jest czoło obłoku poruszające się po orbicie w naszym kierunku z prędkością ponad 10 milionów km/h – około 1% prędkości światła” dodaje Reinhard Genzel, kierownik zespołu naukowego, który badał ten obszar przez prawie dwadzieścia lat. „Oznacza to, że przedni kraniec obłoku przeszedł już przez punkt najbliższy czarnej dziurze.”

Pochodzenie obłoku gazu pozostaje zagadkowe, aczkolwiek nie brakuje pomysłów na wytłumaczenie [5]. Nowe obserwacje zawężają listę możliwości

“Podobnie jak niefortunny astronauta w filmie science-fiction, widzimy, że obłok jest rozciągany w tak wielkim stopniu, że przypomina spaghetti. Oznacza to, że prawdopodobnie nie posiada w środku gwiazdy” podsumowuje Gillessen. „W tym momencie sądzimy, że gaz pochodzi prawdopodobnie od gwiazd, które widzimy na orbitach wokół czarnej dziury.

Punkt kulminacyjny tego unikalnego wydarzenia w centrum galaktyki jest teraz uważnie obserwowany przez astronomów na całym świecie. Intensywna kampania obserwacyjna dostarczy wielu danych, nie tylko ujawniając więcej informacji na temat obłoku [6], ale także dając okazję zbadania obszarów blisko czarnej dziury, które nie były przedmiotem wcześniejszych badań, a także efekty super silnej grawitacji

Uwagi

[1] Szacuje się, że czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej ma masę około czterech milionów razy większą niż Słońce. Obiekt formalnie znany jest jako Sgr A* (co się wymawia „Sagittarius A gwiazdka”). Jest najbliższą znaną supermasywną czarną dziurą i w związku z tym najlepszym miejscem do szczegółowego badania czarnych dziur. Badania supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki i jej otoczenia zostały wymienione na pierwszej pozycji na liście dziesięciu najważniejszych odkryć astronomicznych ESO.

[2] Dystans najbliższego przejścia jest równy około pięciokrotnej odległości planety Neptun od Słońca. To zdecydowanie zbyt blisko czarnej dziury o masie cztery miliony razy większej niż nasze Słońce!

[3] W spektrometrze typu “integral field spectrometer” światło z każdego piksela jes osobno rozdzielane na swoje składowe kolory i w efekcie widmo jest rejestrowane dla każdego piksela. Widma mogą następnie zostać przeanalizowane indywidualnie i zostać wykorzystane do utworzenia map prędkości i własności chemicznych każdej części obiektu.

[4] The team is also hoping to see evidence of how the rapidly moving cloud interacts with any ambient gas around the black hole. So far nothing has been found, but further observations are planned to look for such effects.

[5] Astronomowie przypuszczają, że obłok gazu mógł zostać utworzony przez wiatry gwiazdowe od gwiazd orbitujących wokół czarnej dziury. A być może nawet jest efektem dżetu z centrum galaktycznego. Inną możliwością jest istnienie gwiazdy w centrum obłoku. W takim przypadku gaz pochodziłby albo od wiatru tej gwiazdy, albo od dysku gazowo-pyłowego wokół gwiazdy, w którym tworzą się planety.

[6] W dalszym przebiegu wydarzenia w centrum galaktyki astronomowie spodziewają się, że ewolucja obłoku zmieni się z czysto grawitacyjnej i pływowej na złożoną, turbulentną hydrodynamikę.

Więcej informacji

Wyniki badań zostały opisane w artykule pt "Pericenter passage of the gas cloud G2 in the Galactic Center", S. Gillessen et al, który ukaże się w Astrophysical Journal.

Skład zespołu badawczego: S. Gillessen (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Niemcy [MPE]), R. Genzel (MPE; Departments of Physics and Astronomy, University of California, Berkeley, USA), T. K. Fritz (MPE), F. Eisenhauer (MPE), O. Pfuhl (MPE), T. Ott (MPE), M. Schartmann (Universitätssternwarte der Ludwig-Maximilians-Universität, Monachium, Niemcy [USM]; MPE), A. Ballone (USM; MPE) oraz A. Burkert (USM; MPE).

Źródło: ESO | Tłumaczenie: Krzysztof Czart

Liczba odsłon: 2313