Dlaczego galaktyczne fajerwerki czarnych dziur okazały się klapą

Nic. Pustka. Zero. To właśnie zobaczyli astronomowie tej wiosny, kiedy skierowali swoje teleskopy na gigantyczną czarną dziurę w centrum Drogi Mlecznej, mając nadzieję zobaczyć galaktyczne fajerwerki towarzyszące wpadnięciu w nią ogromnego obłoku gazu.

Zespół astronomów twierdzi teraz, że ma wyjaśnienie braku fajerwerków wokół czarnej dziury, zwanej Sagittarius A*, która jest cztery miliony razy masywniejsza od Słońca. Naukowcy uważają, że wspomniana chmura gazu nie jest wyizolowanym obiektem, a jedynie gęstszą grudką w ciągłym, ale rzadszym strumieniu materii. Oddziaływanie czarnej dziury na taki obiekt, przybrałoby w takim scenariuszu postać ciągłej, lekkiej bryzy na powierzchni dysku krążącego wokół niej, a nie nagłych, miejscowych podmuchów, które spowodowałyby wytworzenie fajerwerków, jak pierwotnie oczekiwano.

Kolizyjne orbity

W 2012 roku astronom Stefan Gillessen z Instytutu Fizyki Pozaziemskiej Maxa Plancka w Garching w Niemczech i jego współpracownicy poinformowali, że duży obłok gazu znany jako G2 zbliża się do centrum Drogi Mlecznej i jest rozrywany przez grawitację centralnej czarnej dziury.

Zespół przewidział również, że podczas gdy większość G2 zakreśli parabolę wokół obiektu, bezpiecznie ją omijając, jej części zostaną wciągnięte i uderzą w dysk akrecyjny, czemu towarzyszyć będzie gwałtowne zderzenie, które uwolni intensywne promieniowanie.

Pierwszy uzyskany obraz czarnej dziury Sagittarius A* (zdj. EHT Collaboration)

W nowym badaniu Gillessen i jego współpracownicy wykorzystali zdjęcia wykonane przez Bardzo Duży Teleskop Europejskiego Obserwatorium Południowego w Chile (VLT). Analiza światła podczerwonego emitowanego przez G2, a także przez G1 — inny obłok, który przeszedł w pobliżu czarnej dziury 13 lat temu — ujawnia, że oba mają prawie identyczne orbity.

Sugeruje to, że oba obłoki wraz z gazowym warkoczem, który według zespołu podąża za G2, są częścią dużego pojedynczego strumienia gazu, prawdopodobnie wyrwanego z gwiazdy, która zbliżyła się do Sagittarius A* jakieś 100 do 200 lat temu. O swoich odkryciach informują w artykule opublikowanym 17 lipca 2014 roku w repozytorium preprint arXiv.

James Guillochon i Avi Loeb z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics w Cambridge, Massachusetts oraz ich współpracownicy zaproponowali podobne wyjaśnienie wiosną tamtego roku w artykule opublikowanym na łamach czasopisma Astrophysical Journal Letters.

Gillessen zauważa, że chociaż VLT nie był w stanie rozróżnić struktur w ogonie gazu za G2, wydaje się on być zbity, co wskazuje, że za G2 mogą znajdować się inne obłoki gazu, którymi czarna dziura będzie się żywić w najbliższej przyszłości.

Astronom Andrea Ghez z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles, kierująca innym zespołem badającym Centrum Galaktyki, nie uważa jednak tego scenariusza za przekonujący. Obrazy uzyskane przez jej zespół, skupiające się na pyle związanym z G2, a nie na gazie, sugerują, że w środku G2 znajduje się niewidoczna gwiazda. Przyciąganie grawitacyjne gwiazdy utrzymałoby więc obłok w stanie nienaruszonym, zapobiegając wpadnięciu nawet jego części do dysku czarnej dziury. Zespół poinformował o swoich odkryciach 2 maja w Astronom's Telegram. Jeśli ma rację, strumień gazu, do którego należy G2, może nie być tak jednolity i trwały, jak sugerowali Gillessen i jego współpracownicy.

Do wielkiego pokazu świetlnego może dojść jeszcze za kilka lat lub za kilkadziesiąt lat, kiedy G2 będzie krążyć po dysku gazu i pyłu prawdopodobnie otaczającego Sagittarius A*. „Czas potrzebny G2 na podróż przez dysk może dużo nam powiedzieć o właściwościach samego dysku i zwyczajach żywieniowych supermasywnych czarnych dziur podobnych do Sagittarius A*” mówi Loeb.

Symulacje zbliżenia chmury G2 do Sgr A* (zdj. ESO/MPE/Marc Schartmann )