„Jak szprychy w kole”. Tajemnicze włókna znalezione w centrum Galaktyki

© iStock.com/EzumeImages Vladislav Strekopytov.  

 Ich pochodzenie jest nadal niejasne, ale najwyraźniej są one w jakiś sposób pozwiązane ze znajdującą się tam supermasywną czarną dziurą. O tym, jak naukowcy stopniowo zbliżają się do zrozumienia tego, co dzieje się w jądrze naszej Galaktyki - w materiale RIA Novosti. 

„Nasza” czarna dziura 

Przez długi czas centrum naszej Galaktyki było wyznaczane bardzo przybliżenie - gdzieś w gwiazdozbiorze Strzelca - i nie wyróżniano tam żadnego konkretnego obiektu astronomicznego. W 1960 roku zarejestrowano w tym miejscu źródło fal radiowych i nazwano je Sagittarius A (Sgr A). Później odkryto, że emituje również w zakresie podczerwieni i promieniowań rentgenowskich. 

Ruch gwiazd w regionie Sgr A wskazuje, że krążą one wokół jakiegoś niewidzialnego, zwartego i bardzo ciężkiego obiektu. To jest czarna dziura Sgr A*. Naukowcy obliczyli, że jego masa jest ponad cztery miliony razy większa niż masa Słońca. Podobne supermasywne czarne dziury znajdują się w centrach wielu innych galaktyk, a ich grawitacja utrzymuje razem gwiazdy i gaz międzygwiezdny. 

Sgr A* znajduje się 27 000 lat świetlnych stąd. Gorący, emitujący fale radiowe obłok gazu uchwycono na pierwszym zdjęciu czarnej dziury, uzyskanym w 2022 roku za pomocą obserwacji ze światowej sieci radioteleskopów EHT (Event Horizon Telescope). 

© Współpraca EHT Pierwsze zdjęcie czarnej dziury Sagittarius A* w centrum naszej Galaktyki 

Niezwykle aktywne miejsce 

Wraz z rozwojem technologii astronomowie dowiadują się coraz więcej o centrum naszej galaktyki. W szczególności okazało się, że sama czarna dziura jest praktycznie nieruchoma, a otaczająca ją chmura gazu obraca się bardzo szybko, prawie z prędkością światła. I powoduje ciągłe promieniowanie. 

W 2010 roku, dzięki jednej z największych na świecie sieci radioteleskopów MeerKAT w RPA, astronomowie odkryli ogromne bańki energii o rozmiarach setek lat świetlnych, emitujące promieniowanie rentgenowskie i gamma po obu stronach czarnej dziury. Obiekty te zostały szczegółowo zbadane m.in. za pomocą teleskopu eROSITA zainstalowanego na pokładzie rosyjskiego obserwatorium astrofizycznego Spektr-RG.

W 2022 roku kontynuując obserwacje na MeerKAT, naukowcy pod kierunkiem Farhada Yousef-Zade'a z Northwestern University w Stanach Zjednoczonych  dostrzegli około tysiąca tajemniczych włóknistych struktur rozciągających się od centrum galaktyki na 150 lat świetlnych w postaci cienkich pionowych pasków - włókien. Istnieją wątki pojedyncze i wątki sparowane. Znajdują się mniej więcej w tej samej odległości od siebie, jak struny harfy. 

Struktury te, podobnie jak bąbelki, obserwuje się w określonym zakresie fal krótkich odpowiadających tzw. promieniowaniu synchrotronowemu. Poruszające się prawie z prędkością światła elektrony zderzają się z polami magnetycznymi i powstaje wyraźny sygnał radiowy. 

Według naukowców włókna są generowane przez wysokoenergetyczne cząstki promieniowania kosmicznego przyspieszone podczas potężnej eksplozji, która miała miejsce w centrum Galaktyki kilka milionów lat temu. Bańki są prawdopodobnie związane z tym samym wydarzeniem. 

Supermasywna czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej wydaje się stosunkowo spokojna w porównaniu z innymi galaktykami. Odkryte struktury wskazują jednak, że zdarzały się okresy aktywacji, kiedy w krótkim czasie czarna dziura pochłaniała ogromne masy pyłu i gazu. Towarzyszył temu błysk i uwolnienie energii, a sama czarna dziura działała jak gigantyczny akcelerator cząstek. 

Rozpraszanie we wszystkich kierunkach 

Niedawno ten sam zespół naukowy zidentyfikował oznaki jeszcze innego rodzaju aktywności Sgr A*. Opracowując specjalny algorytm przetwarzania danych MeerKAT, naukowcy zmapowali tysiące bardziej włóknistych struktur pochodzących z centrum Drogi Mlecznej. 

Wszystkie leżą w płaszczyźnie galaktycznej, odbiegając od Sgr A*, „jak szprychy w kole”. I znacznie krótsze niż pionowe - od pięciu do dziesięciu lat świetlnych. 

© Farhad Yusef-Zadeh/Northwestern University 

Galaktyczne włókna emanujące z centrum galaktyki. Kolor wskazuje położenie względem płaszczyzny galaktyki: niebieski i czerwony - pionowe (prostopadłe), białe - poziome (równoległe) 

CC BY 4.0 / Yusef-Zadeh i in. / 

Diagram wektorowy pokazuje rozbieżność poziomych włókien od centrum Galaktyki 

,,Nieoczekiwanie odkryliśmy nową populację struktur, które wskazują kierunek centrum Galaktyki" - powiedział profesor Yousef-Zadeh w komunikacie prasowym. ,,Musieliśmy wykonać dużo pracy, ale odkryliśmy, że te nici nie są przypadkowe i najwyraźniej są związane z czarną dziurą”. 

Naukowcy uważają, że te populacje włókien mają różne pochodzenie. Pionowe nitki są prostopadłe do płaszczyzny Drogi Mlecznej, przenikają Galaktykę na wskroś, a cząstki w nich poruszają się z relatywistycznymi prędkościami. Krótkie poziome są skierowane promieniowo do środka i łączą przepływy cząstek termicznych wewnątrz galaktycznego obłoku molekularnego. 

Co ciekawe, ich wizerunek przypomina kropki i kreski alfabetu Morse'a. Zdaniem autorów wskazuje to na nieciągłą pulsację Sgr A* — każdy segment jest tworzony przez oddzielny wybuch wysokoenergetycznych cząstek. Jaki proces wewnątrz czarnej dziury napędza tę pulsację, pozostaje tajemnicą. 

„Uważamy, że poziome nitki powstały podczas jakiegoś wydarzenia, które miało miejsce kilka milionów lat temu” – mówi Yousef-Zadeh. „Być może jest to wynikiem interakcji materii wypływającej z czarnej dziury z obiektami znajdującymi się w jej pobliżu”. 

Odkryte przez naukowców promieniste włókna są najmniejszymi z liniowych struktur kosmosu. Największe - włókna międzygalaktyczne i "wielkie ściany" gromad galaktyk - tworzą szkielet komórkowy Wszechświata. Ich rozmiary to 50-80 megaparseków (160-260 milionów lat świetlnych) i zawierają bardzo gorący, rozrzedzony gaz. 

CC BY 2.0 / Andrew Pontzen i Fabio Governato / 

Włókna galaktyczne, ściany i puste przestrzenie razem tworzą ramę siatki wszechświata. 

Zgodnie ze standardowym modelem ewolucji materii kosmicznej, włókna międzygalaktyczne tworzą się wzdłuż sieciowych przepływów ciemnej materii, która grawitacyjnie przyciąga zwykłą materię barionową obserwowaną przez astronomów.