Korzystając z Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), astronomowie zauważyli oznaki „gorącego punktu” krążącego wokół Sagittarius A*, czarnej dziury w centrum naszej galaktyki. Odkrycie pomaga nam lepiej zrozumieć enigmatyczne i dynamiczne środowisko naszej supermasywnej czarnej dziury.
„Sądzimy, że patrzymy na gorący bąbel gazu krążący wokół Strzelca A* na orbicie podobnej wielkości do planety Merkury, ale wykonujący pełną pętlę w zaledwie około 70 minut. Wymaga to oszałamiającej prędkości około 30% prędkości światła!” mówi Maciek Wielgus z Instytutu Radioastronomii Maxa Plancka w Bonn w Niemczech, który kierował badaniami opublikowanymi dzisiaj w Astronomy & Astrophysics.
Obserwacje zostały wykonane za pomocą ALMA w chilijskich Andach – radioteleskopu, którego współwłasnością jest Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) – podczas kampanii współpracy Event Horizon Telescope (EHT) mającej na celu obrazowanie czarnych dziur. W kwietniu 2017 r. EHT połączyła osiem istniejących radioteleskopów na całym świecie, w tym ALMA, co zaowocowało niedawno opublikowanym pierwszym w historii obrazem Sagittarius A*. Aby skalibrować dane EHT, Wielgus i jego koledzy, którzy są członkami EHT Collaboration, wykorzystali dane ALMA zarejestrowane jednocześnie z obserwacjami EHT Strzelca A*. Ku zaskoczeniu zespołu było więcej wskazówek na temat natury czarnej dziury ukrytej w pomiarach ALMA.
Przypadkowo niektóre obserwacje zostały wykonane wkrótce po rozbłysku lub rozbłysku energii rentgenowskiej wyemitowanym z centrum naszej galaktyki, które zostało zauważone przez Kosmiczny Teleskop NASA Chandra. Uważa się, że tego rodzaju rozbłyski, wcześniej obserwowane przez teleskopy rentgenowskie i podczerwone, są związane z tak zwanymi “gorącymi punktami”, bąblami gorącego gazu, które krążą bardzo szybko i są blisko czarnej dziury.
„To, co jest naprawdę nowe i interesujące, to fakt, że takie rozbłyski były do tej pory wyraźnie widoczne tylko w obserwacjach w promieniach X i w podczerwieni Sagittarius A*. Tutaj po raz pierwszy widzimy bardzo mocną wskazówkę, że orbitujące gorące punkty są również obecne w obserwacjach radiowych. – mówi Wielgus, który jest również związany z Centrum Astronomicznym im. Mikołaja Kopernika w Polsce i Inicjatywą Czarnej Dziury na Uniwersytecie Harvarda w USA.
„Być może te gorące punkty wykryte na falach podczerwonych są przejawem tego samego zjawiska fizycznego: gdy emitujące podczerwień gorące punkty ochładzają się, stają się widoczne na dłuższych falach, jak te obserwowane przez ALMA i EHT” – dodaje Jesse Vos, Doktorant Uniwersytetu Radboud w Holandii, który również był zaangażowany w te badania.
Od dawna uważano, że rozbłyski pochodzą z interakcji magnetycznych w bardzo gorącym gazie krążącym bardzo blisko Sagittarius A*, a nowe odkrycia potwierdzają ten pomysł. „Teraz znajdujemy mocne dowody na magnetyczne pochodzenie tych rozbłysków, a nasze obserwacje dają nam wskazówkę dotyczącą geometrii procesu. Nowe dane są niezwykle pomocne w budowaniu teoretycznej interpretacji tych wydarzeń” – mówi współautorka Monika Mo? cibrodzkiej z Radboud University.
ALMA pozwala astronomom badać spolaryzowaną emisję radiową z Sagittarius A*, która może zostać wykorzystana do odkrycia pola magnetycznego czarnej dziury. Zespół wykorzystał te obserwacje wraz z modelami teoretycznymi, aby dowiedzieć się więcej o powstawaniu gorącego punktu i środowisku, w którym jest on osadzony, w tym o polu magnetycznym wokół Sagittarius A*. Ich badania zapewniają silniejsze ograniczenia kształtu tego pola magnetycznego niż poprzednie obserwacje, pomagając astronomom odkryć naturę naszej czarnej dziury i jej otoczenia.
Obserwacje potwierdzają niektóre z wcześniejszych odkryć dokonanych przez instrument GRAVITY na należącym do ESO Bardzo Dużym Teleskopie (VLT), który prowadzi obserwacje w podczerwieni. Dane z GRAVITY i ALMA sugerują, że rozbłysk pochodzi z kępy gazu wirującego wokół czarnej dziury z prędkością około 30% prędkości światła na niebie w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, z orbitą gorącej plamy prawie zwróconą do góry. .
„W przyszłości powinniśmy być w stanie śledzić gorące punkty na różnych częstotliwościach za pomocą skoordynowanych obserwacji na wielu długościach fal zarówno za pomocą GRAVITY, jak i ALMA – sukces takiego przedsięwzięcia byłby prawdziwym kamieniem milowym w naszym zrozumieniu fizyki rozbłysków w centrum Galaktyki”. mówi Ivan Marti-Vidal z Uniwersytetu w Walencji w Hiszpanii, współautor badania.
Zespół ma również nadzieję, że będzie w stanie bezpośrednio obserwować orbitujące skupiska gazu za pomocą EHT, aby zbliżać się do czarnej dziury i dowiedzieć się o niej więcej. „Mam nadzieję, że pewnego dnia będziemy swobodnie mówić, że „wiemy”, co dzieje się w Sagittarius A*” – podsumowuje Wielgus.
Więcej informacji
Badania te zostały zaprezentowane w artykule “Orbital motion near Sagittarius A* — Constraints from polarimetric ALMA audiences”, który ma się pojawić w Astronomy & Astrophysics.
Zespół składa się z M. Wielgusa (Instytut Radioastronomii im. Maxa Plancka, Niemcy) [MPIfR]; Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika, Polska Akademia Nauk; Inicjatywa Czarnej Dziury na Uniwersytecie Harvarda, USA [BHI]), M. Mościbrodzka (Wydział Astrofizyki, Radboud University, Holandia) [Radboud]), J. Vos (Radboud), Z. Gelles (Centrum Astrofizyki | Harvard & Smithsonian, USA i BHI), I. Martí-Vidal (Universitat de València, Hiszpania), J. Farah (Obserwatorium Las Cumbres, USA; Uniwersytet of California, Santa Barbara, USA), N. Marchili (włoskie Regionalne Centrum ALMA, INAF-Istituto di Radioastronomia, Włochy i MPIfR), C. Goddi (Wydział Fizyki, Uniwersytet Cagliari, Włochy i Universidade de São Paulo, Brazylia) oraz H. Messias (Wspólne Obserwatorium ALMA, Chile).
Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), międzynarodowa placówka astronomiczna, jest partnerem ESO, amerykańskiej Narodowej Fundacji Nauki (NSF) i japońskiego Narodowego Instytutu Nauk Przyrodniczych (NINS) we współpracy z Republiką Chile. ALMA jest finansowana przez ESO w imieniu swoich państw członkowskich, przez NSF we współpracy z National Research Council of Canada (NRC) i Ministerstwem Nauki i Technologii (MOST) oraz przez NINS we współpracy z Academia Sinica (AS) na Tajwanie oraz Koreański Instytut Astronomii i Nauki Kosmicznej (KASI). Budową i eksploatacją ALMA kieruje ESO w imieniu jej państw członkowskich; przez National Radio Astronomy Observatory (NRAO), zarządzane przez Associated Universities, Inc. (AUI), w imieniu Ameryki Północnej; oraz przez Narodowe Obserwatorium Astronomiczne Japonii (NAOJ) w imieniu Azji Wschodniej. Wspólne Obserwatorium ALMA (JAO) zapewnia ujednolicone kierowanie i zarządzanie budową, uruchomieniem i eksploatacją ALMA.
Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) umożliwia naukowcom z całego świata odkrywanie tajemnic Wszechświata z korzyścią dla wszystkich. Projektujemy, budujemy i obsługujemy światowej klasy obserwatoria naziemne — które astronomowie wykorzystują do rozwiązywania ekscytujących pytań i szerzenia fascynacji astronomią — oraz promujemy międzynarodową współpracę w astronomii. Utworzona jako organizacja międzyrządowa w 1962 r., ESO jest obecnie wspierana przez 16 państw członkowskich (Austria, Belgia, Czechy, Dania, Francja, Finlandia, Niemcy, Irlandia, Włochy, Holandia, Polska, Portugalia, Hiszpania, Szwecja, Szwajcaria i Zjednoczone Królestwo), wraz z państwem przyjmującym Chile oraz z Australią jako partnerem strategicznym. Siedziba ESO oraz jej centrum dla zwiedzających i planetarium, ESO Supernova, znajdują się w pobliżu Monachium w Niemczech, podczas gdy chilijska Pustynia Atacama, cudowne miejsce z wyjątkowymi warunkami do obserwacji nieba, gości nasze teleskopy. ESO prowadzi trzy punkty obserwacyjne: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO obsługuje Bardzo Duży Teleskop i jego Interferometr Bardzo Dużego Teleskopu, a także dwa teleskopy do przeglądów, VISTA pracujące w podczerwieni oraz w świetle widzialnym VLT Survey Telescope. Również w Paranal ESO będzie gościć i obsługiwać Południowy Teleskop Czerenkowa, największe i najbardziej czułe obserwatorium promieniowania gamma na świecie. Wraz z międzynarodowymi partnerami ESO obsługuje APEX i ALMA na Chajnantor, dwóch obiektach obserwujących niebo w zakresie milimetrowym i submilimetrowym. W Cerro Armazones, niedaleko Paranal, budujemy “największe oko świata na niebo” – Ekstremalnie Duży Teleskop ESO. Z naszych biur w Santiago w Chile wspieramy nasze działania w tym kraju i współpracujemy z chilijskimi partnerami i społeczeństwem.