Astronomowie od dawna wiedzieli, że jądro Drogi Mlecznej świeci miliard słabiej niż by mogło. Nowo wykonane badania pokazują dlaczego światło naszej Galaktyki jest tak słabe. Grupa uczonych odkryła, że czarna dziura znajdująca się w jej centrum, obiekt nazwany Sagittarius A*, pożera znacznie mniej materii niz dotąd sądzono. Jądro Drogi Mlecznej wypada blado w porównaniu z jądrami większości innych galaktyk. Największą niespodzianką najnowszych badań okazał się fakt, że czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej jest skazana na głodówkę.

Centrum Drogi Mlecznej

Zdjęcie stanowi 15-minutową ekspozycję fragmentu Drogi Mlecznej przebiegającego przez gwiazdozbiory Skorpiona i Strzelca. Jest to najjaśniejszy fragment Drogi Mlecznej, patrząc w tamtym kierunku patrzymy na centrum naszej Galaktyki. Jasny obiekt na dole zdjęcia to Jowisz.

Centrum naszej Galaktyki to miejsce dynamicznego oddziaływania i aktywności, gdzie gwiezdne procesy są dużo bardziej aktywne, niż naukowcy podejrzewali do tej pory. “To prawie tak, jakby centrum Galaktyki było żywym organizmem – mówi dr Heino Falcke, który podczas warsztatów Galactic Center Workshop, które odbyły się na początku listopada na Hawajach, omawiał najnowsze fakty dotyczące centrum Galaktyki. Warsztaty organizowane były przez Obserwatorium Gemini, National Science Foundation i kilka innych obserwatorów z Mauna Kea.

Geoffrey Bower, Don Backer i Melvyn Wright z Uniwersytetu stanu California w Berkeley oraz Heino Falcke z Instytu Radioastronomii Maxa Plancka użyli urządzenia BIMA (Berkeley-Illinois-Maryland Association) do pomiaru fal radiowych docierających z Sagittarius A*. Wyniki pokazują, że czarna dziura o średnicy około półtora miliona kilometrów jest “raczej izolowana i głodująca” – wyjaśnił Falcke.

Na zdjęciu instrumenty BIMA (Berkeley-Illinois-Maryland Association), służące do pomiarów promieniowania radiowego.

Centrum Drogi Mlecznej jest jak garnek z gotującą się zupą, w którym składniki taki jak gwiazdy, zimny i gorący gaz, pola magnetyczne i centralna czarna dziura pokazują prawdziwy spektakl oddziaływań” – mówi dr Falcke, który ostatnie dziesięć lat życia poświęcił badaniu centrum Galaktyki. Współredaktor Galactic Center Newsletter, jest autorem najbardziej znanego modelu opisującego centralną czarną dziurę.

Jednym z najbardziej znaczących tematów poruszanych podczas konferencji jest rola jaką centralna czarna dziura pełni obecnie w Galaktyce. Ta wielka czarna dziura, której średnica sięga półtora miliona kilometrów, otoczona jest przez gaz, który do wysokich temperatur podgrzewają powstałe w centrum galaktyki gwiazdy.

Spadek gazu pochodzącego z sąsiednich gwiazd powoduje produkcję światła docierającego z okolic czarnych dziur. Kiedy materia gazowa opada, tarcie powoduje jej rozgrzewanie się, świecenie i jonizację (z gazu tworzy się plazma). Obserwacje zespołu BIMA polegały na śledzeniu fal radiowych docierających z Sagittarius A*, a które musiały przejść przez obszar znajdującej się w polu magnetycznym plazmy. Plazma powoduje skręcanie fal radiowych w ich drodze przez ośrodek międzygwiezdny. Pomiary BIMA pokazały, że skręcenie fal było minimalne, a to oznacza, że kiedy opuszczały one rejon czarnej dziury w jej otoczeniu musiało znajdować się stosunkowo niewiele plazmy. Ten względny brak plazmy jest przyczyną mniej niż spektakularnej jasności centrum naszej Galaktyki.

Na wykonanym przez Teleskop Rentgenowski Chandra zdjęciu widoczny jest obiekt Sagittarius A*, czarna dziura w sercu Drogi Mlecznej, która znajduje się 26 000 lat świetlnych od Ziemi.

Obecnie wydaje się, że czarna dziura jest raczej izolowana i nie ma materii, którą mogła by się posilić” – mówi Falcke.

Wyniki badań przedstawione przez dr Geoffreya Bowera pokazują, że tempo opadania materii na czarną dziurę jest znacznie mniejsze od oczekiwanego. “Ta czarna dziura nie jest potężnym potworem znajdującym się w centrum Galaktyki, jest bardziej jak Tchórzliwy Lew z “Dorotki w krainie Oz” – mówi Bower, który badał emisję radiową czarnej dziury przez kilka ostatnich lat.

Za pomocą anteny Berkeley-Illinois-Maryland Association (BIMA), Bower mierzył jaki efekt ma spadający na czarną dziurę gaz na spolaryzowane promieniowanie powstające w bezpośredniej bliskości czarnej dziury. Podczas przeprowadzonych obserwacji naukowcy odkryli zadziwiająco silnie spolaryzowane promieniowanie w paśmie wysokich częstotliwości radiowych, emitowane z bezpośredniego sąsiedztwa czarnej dziury. Na podstawie efektu rotacji Faradaya, które opisuje zmianę polaryzacji promieniowania radiowego podczas przechodzenia przez oddziaływującą materię, byli wstanie oszacować ilość materii opadającej na czarną dziurę.

Oszacowane w ten sposób tempo opadania gazu okazało się 1000 razy niższe od oczekiwanego. Te nowe wyniki całkowicie tłumaczą niską jasność centrum Drogi Mlecznej, która tak długo dziwiła naukowców. “Od dawna było tajemnicą, czemu obserwujemy tak niewielkie ilości promieniowania z centrum Galaktyki – nasze obserwacje pokazują, że czarna dziura głoduje” – dodaje naukowiec.

Przez długi czas uważano, że ilość opadającej materii powinna być zbliżona do 10 mas Ziemi na rok. Wyniki wskazują, że jest to tylko jedna dziesiąta masy Ziemi i tylko taka ilość materii może zmienić się w obserwowane promieniowanie.

Jak stwierdził Bower, “zamiast potężnego potwora, czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej przypomina raczej niejadka“.

To bardzo ważny rezultat, który pozwoli odpowiedzieć na wiele palących pytań dotyczących centrum Galaktyki i czarnej dziury” – dodaje Falcke, współautor pracy opublikowanej w Astrophisical Journal.

Falcke powiedział, że w kierunku centrum galaktycznego opada dużo materii. Jednak część z niej zdaje się przekształcać w nowe gwiazdy przed wpadnięciem w otchłań czarnej dziury. Nazwał całe zjawisko “kociołkiem kreacji“. Bower stwierdził, że brak pożywienia dla czarnej dziury może być również spowodowany wybuchami gwiazd supernowych oczyszczającymi z materii okolicę.

Grupa planuje kontynuację swoich badań fal radiowych emitowanych przez plazmę wokół czarnych dziur i przetestowanie dzięki temu ogólnej teorii względności Eisnteina. Mówi ona, że duże masy, takie jak czarne dziury, zakrzywiają przestrzeń wokół siebie. Obserwacje promieniowania radiowego umożliwia badanie przestrzeni znajdującej najbliższej czarnej dziury.

Autor

Anna Marszałek