Kosmiczny filament sonduje gigantyczną czarną dziurę w naszej galaktyce

Centrum naszej galaktyki było intensywnie badane przez wiele lat, jednak wciąż przed naukowcami skrywa w sobie tajemnice. Struktura przypominająca węża czająca się w pobliżu supermasywnej czarnej dziury w naszej galaktyce jest najnowszym odkryciem dręczącym astronomów.

W 2016 roku Farhad Yusef-Zadeh z Uniwersytetu Northwestern poinformował o odkryciu przy użyciu Very Large Array (VLA) niezwykłego filamentu w pobliżu centrum Drogi Mlecznej. Filament ma długość około 2,3 lat świetlnych i zakrzywia się wskazując na supermasywną czarną dziurę, zwaną Sagittarius A* (Sgr A*), znajdującą się w centrum Galaktyki.

Teraz, inny zespół zastosował pionierską technikę, aby stworzyć najwyższą jakość uzyskanego obrazu tego zakrzywionego obiektu.

„Dzięki naszemu ulepszonemu obrazowi możemy śledzić ten filament znacznie bliżej czarnej dziury w centrum Galaktyki, a teraz będącego wystarczająco blisko by pokazać nam, że pochodzi stamtąd. Jednak wciąż mamy dużo pracy do wykonania, aby dowiedzieć się, jaka jest prawdziwa natura tego filamentu” – powiedział Mark Morris z University of California, Los Angeles, który kierował badaniem.

Naukowcy rozważali trzy główne wyjaśnienia natury filamentu. Pierwsze jest takie, że powstał on przez szybkie cząstki wyrzucone z supermasywnej czarnej dziury. Wirująca czarna dziura w połączeniu z gazem wpadającym do środka może wytworzyć obracającą się pionową wieżę pola magnetycznego, która zbliża się, a nawet przecina horyzont zdarzeń, czyli punkt, z którego nie ma powrotu dla opadającej materii. Wewnątrz tej wieży cząstki będą przyspieszane i emitować fale radiowe krążąc wokół linii pola magnetycznego i prądu z dala od czarnej dziury.

Drugie, bardziej fantastyczne wyjaśnienie polega na tym, że filament to struna kosmiczna, teoretyczne, jak dotąd nie wykryte obiekty, które są długimi, niezwykle cienkimi obiektami niosącymi masę i prąd elektryczny. Wcześniej teoretycy przewidywali, że struny, jeżeli istnieją, będą migrowały do centrów galaktyk. Jeżeli struna porusza się wystarczająco blisko centralnej czarnej dziury, może zostać przechwycona, gdy jej część przekroczy horyzont zdarzeń.

Ostateczna opcja jest taka, że pozycja i kierunek filamentu zrównującego się z czarną dziurą są po prostu przypadkowymi superpozycjami i nie ma prawdziwego powiązania między nimi. Sugerowałoby to, że jest on jak dziesiątki innych znanych filamentów znalezionych dalej od centrum Drogi Mlecznej. Jednak, taki zbieg okoliczności jest mało prawdopodobny, aby wydarzyć się przez przypadek.

„Część dreszczyku w nauce przeplata się z zagadką, która nie jest łatwa do rozwiązania. Chociaż jeszcze nie mamy odpowiedzi to droga do jej znalezienia jest fascynująca. Wynik ten motywuje astronomów do budowy radioteleskopów nowej generacji z najnowocześniejszą technologią” – powiedział Jun-Hui Zhao z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics w Cambridge, Massachusetts, współautor badania.

Każdy z badanych scenariuszy byłby intrygujący, gdyby został udowodniony. Na przykład, jeżeli filament jest wytworzony przez cząsteczki wyrzucane przez Sgr A*, odkryło by to ważne informacje o polu magnetycznym w tym szczególnym środowisku, pokazując, że jest ono gładkie i uporządkowane a nie chaotyczne.

Druga opcja, kosmiczna struna, dostarczyłaby pierwszego dowodu na wysoce spektakularny pomysł z dogłębnymi implikacjami dla zrozumienia grawitacji, czasoprzestrzeni i samego Wszechświata.

Dowód na to, że cząsteczki są magnetycznie wyrzucane z czarnej dziury, wynikałby z obserwacji, że cząsteczki znajdujące się dalej od Sgr A* są mniej energetyczne niż te w jej pobliżu. Test na pomysł z kosmicznymi strunami będzie wykorzystywał przewidywania teoretyków, że powinna się ona poruszać z ogromną prędkością, zbliżoną do prędkości światła. Obserwacje kontrolne z wykorzystaniem VLA powinny być w stanie wykryć odpowiednią zmianę położenia filamentu.

Nawet jeżeli filament nie jest fizycznie związany z Sgr A*, jego łukowy kształt wciąż jest niezwykły. Łuk pokrywa się i może być spowodowany falą uderzeniową, podobną do huku akustycznego, gdzie fala uderzeniowa z wybuchającej gwiazdy zderza się z silnymi wiatrami odrywającymi się od masywnych gwiazd otaczających centralną czarną dziurę.

„Będziemy polować, dopóki nie będziemy mieć solidnego wytłumaczenia dla tego obiektu. Zamierzamy teraz stworzyć jeszcze lepsze, bardziej odkrywcze obrazy” – powiedział Miller Goss, z National Radio Astronomy Observatory w Socorro, New Mexico, współautor badania.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Więcej:
Cosmic Filament Probes Our Galaxy’s Giant Black Hole

Źródło: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Na zdjęciu: Obraz radiowy z VLA przedstawiający centrum naszej galaktyki. Tajemniczy radiowy filament jest zakrzywioną linią umieszczoną w pobliżu środka obrazu, a supermasywna czarna dziura Sagittarius A* jest pokazana jako jasne źródło blisko dolnej części obrazu. Źródło: NSF/VLA/UCLA/M. Morris i inni.