Międzynarodowy zespół astrofizyków odkrył coś zupełnie nowego, ukrytego w centrum galaktyki Drogi Mlecznej.
Na początku lat 80. Farhad Yusef-Zadeh z Northwestern University odkrył gigantyczne, jednowymiarowe włókna zwisające pionowo w pobliżu Sagittarius A*, centralnej supermasywnej czarnej dziury naszej galaktyki. Teraz Yusef-Zadeh i jego współpracownicy odkryli nową populację włókien – ale te nici są znacznie krótsze i leżą poziomo lub promieniowo, rozciągając się jak szprychy na kole z czarnej dziury.
Chociaż obie populacje włókien mają kilka podobieństw, Yusef-Zadeh zakłada, że mają różne pochodzenie. Podczas gdy pionowe włókna przemierzają galaktykę, wznosząc się na wysokość do 150 lat świetlnych, poziome włókna wyglądają bardziej jak kropki i kreski alfabetu Morse’a, zaznaczając tylko jedną stronę Sagittarius A*.
Badanie zostanie opublikowane w piątek (2 czerwca) w The Astrophysical Journal Letters.
„Niespodzianką było nagłe odkrycie nowej populacji struktur, które wydają się wskazywać kierunek czarnej dziury” – powiedział Yusef-Zadeh. „Byłem naprawdę oszołomiony, kiedy je zobaczyłem. Musieliśmy wykonać dużo pracy, aby ustalić, czy się nie oszukujemy. I odkryliśmy, że te włókna nie są przypadkowe, ale wydają się być związane z odpływem z naszej czarnej dziury. Badając je, moglibyśmy dowiedzieć się więcej o wirowaniu i orientacji dysku akrecyjnego czarnej dziury. Satysfakcjonujące jest odnalezienie porządku w środku chaotycznego pola jądra naszej galaktyki”.
Ekspert w dziedzinie radioastronomii, Yusef-Zadeh jest profesorem fizyki i astronomii w Weinberg College of Arts and Sciences w Northwestern oraz członkiem CIERA.
Dziesięciolecia w przygotowaniu
Nowe odkrycie może być zaskoczeniem, ale Yusef-Zadeh nie jest obcy w odkrywaniu tajemnic w centrum naszej galaktyki, położonym 25 000 lat świetlnych od Ziemi. Najnowsze badanie opiera się na czterech dekadach jego badań. Po pierwszym odkryciu pionowych włókien w 1984 roku wraz z Markiem Morrisem i Donem Chance, Yusef-Zadeh wraz z Ianem Heywoodem i ich współpracownikami odkryli później dwa gigantyczne bańki emitujące fale radiowe w pobliżu Sagittarius A*. Następnie, w serii publikacji w 2022 roku, Yusef-Zadeh (we współpracy z Heywoodem, Richardem Arentem i Markiem Wardle’em) ujawnił prawie 1000 pionowych włókien, które pojawiały się w parach i skupiskach, często ułożonych w równych odstępach lub obok siebie jak struny na harfa.
Yusef-Zadeh przypisuje zalew nowych odkryć ulepszonej technologii radioastronomicznej, w szczególności teleskopowi MeerKAT należącemu do Południowoafrykańskiego Obserwatorium Radioastronomicznego (SARAO). Aby wskazać włókna, zespół Yusefa-Zadeha zastosował technikę usuwania tła i wygładzania szumów z obrazów MeerKAT w celu odizolowania włókien od otaczających struktur.
„Nowe obserwacje MeerKAT zmieniły reguły gry” – powiedział. „Postęp technologii i poświęcony czas na obserwacje dostarczyły nam nowych informacji. To naprawdę techniczne osiągnięcie radioastronomów”.
Poziomy kontra pionowy
Po dziesięcioleciach studiowania pionowych włókien, Yusef-Zadeh był zszokowany odkryciem ich poziomych odpowiedników, które według jego szacunków mają około 6 milionów lat. “Zawsze myśleliśmy o pionowych włóknach i ich pochodzeniu” – powiedział. „Przyzwyczaiłem się, że są pionowe. Nigdy nie myślałem, że w samolocie mogą znajdować się inne”.
Chociaż obie populacje składają się z jednowymiarowych włókien, które można oglądać za pomocą fal radiowych i wydają się być powiązane z aktywnością w centrum galaktyki, na tym podobieństwa się kończą.
Pionowe włókna są prostopadłe do płaszczyzny galaktycznej; poziome włókna są równoległe do płaszczyzny, ale skierowane promieniowo w kierunku centrum galaktyki, w którym leży czarna dziura. Pionowe włókna są magnetyczne i relatywistyczne; poziome włókna wydają się emitować promieniowanie cieplne. Pionowe włókna obejmują cząstki poruszające się z prędkością bliską prędkości światła; poziome włókna wydają się przyspieszać materiał termiczny w chmurze molekularnej. Jest kilkaset włókien pionowych i tylko kilkaset włókien poziomych. A pionowe włókna, które mierzą do 150 lat świetlnych wysokości, znacznie przewyższają rozmiar włókien poziomych, które mierzą zaledwie 5 do 10 lat świetlnych długości. Pionowe włókna zdobią również przestrzeń wokół jądra galaktyki; poziome włókna wydają się rozciągać tylko w jedną stronę, wskazując w kierunku czarnej dziury.
„Jednym z najważniejszych implikacji odpływu promieniowego, który wykryliśmy, jest orientacja dysku akrecyjnego i wypływ napędzany odrzutowcem z Sagittarius A* wzdłuż płaszczyzny galaktycznej” – powiedział Yusef-Zadeh.
„Nasza praca nigdy się nie kończy”
Nowe odkrycie jest pełne niewiadomych, a praca Yusefa-Zadeha nad odkryciem jego tajemnic właśnie się rozpoczęła. Na razie może rozważyć tylko wiarygodne wyjaśnienie mechanizmów i pochodzenia nowej populacji.
„Uważamy, że musiały one pochodzić z jakiegoś odpływu z działalności, która miała miejsce kilka milionów lat temu” – powiedział Yusef-Zadeh. „Wydaje się, że jest to wynikiem interakcji tego wypływającego materiału z obiektami w jego pobliżu. Nasza praca nigdy nie jest kompletna. Zawsze musimy dokonywać nowych obserwacji i nieustannie kwestionować nasze pomysły oraz zaostrzać naszą analizę”.
Badanie zatytułowane „Populacja włókien centrum galaktyki: rozkład kątów pozycji ujawnia skolimowany odpływ w skali stopni z Sgr A* wzdłuż płaszczyzny galaktyki” było wspierane przez NASA (numer nagrody 80GSFC21M0002). SARAO jest placówką National Research Foundation, agencji Departamentu Nauki i Innowacji.