Astronaujiena. Juodosios skylės žybsnių kilmė

Daugumos, galbūt netgi visų, galaktikų centruose egzistuoja supermasyvios juodosios skylės, kurių masės siekia nuo šimtų tūkstančių iki dešimčių milijardų Saulės masių. Mūsiškė Paukščių Tako galaktika šiuo klausimu ne išimtis – jos centre yra 4,3 milijonų Saulės masių objektas Šaulio A* (Sagittarius A*). Toks pavadinimas reiškia, kad objektas matomas Šaulio žvaigždyne, o „A*“ dalis ateina iš radijo astronomų konvencijos žvaigždute pažymėti taškinį šaltinį, matomą didesnio šaltinio plote. Būtent radijo bangų ruože Šaulio A* ir buvo atrastas, dar 1974 metais. Per vėlesnius dešimtmečius įvairūs stebėjimai padėjo suprasti, kad Šaulio A* yra labai kompaktiškas objektas ir vis tiksliau išmatuoti jo masę. Bet nors šis objektas yra tvirčiausias įrodymas, kad juodosios skylės apskritai egzistuoja (neskaitant gravitacinių bangų signalų), vis dar kyla šiokių tokių abejonių. Dabar nauji duomenys, gauti stebint Šaulio A* žybsnius, abejones dar labiau sumažina.

Galaktikos centras, maždaug pusės parseko regionas aplink Šaulio A*. Rentgeno (mėlyna spalva) ir radijo (violetinė spalva) spindulių nuotraukoje matyti įvairios dujų struktūros, pati juodosios skylės aplinka švyti kaip beveik taškinis šaltinis. Šaltinis: Rentgeno duomenys – NASA / CXC / UCLA / Z. Li et al; radijo duomenys – NRAO / VLA

Juodoji skylė yra labai kompaktiškas objektas. Ją riboja įvykių horizontas – paviršius, pro kurį galima patekti į juodąją skylę, bet iš už jo ištrūkti neįmanoma. Įvykių horizonto spindulys 4,3 milijono Saulės masių objektui yra apie 13 milijonų kilometrų – mažiau nei dešimtadalis atstumo nuo Žemės iki Saulės. Šaulio A* nuo mūsų nutolusi per 8300 parsekų – tokiu atstumu matomo jos įvykių horizonto spindulys dangaus skliaute siekia vos apie 10 mikrosekundžių. Jeigu pamatytume kokią nors tokio dydžio struktūrą, supančią Šaulio A*, galėtume pagrįstai teigti, kad ten tikrai yra juodoji skylė – bet koks kitas panašios masės objektas būtų didesnis. Vienas būdas gauti tokios geros raiškos stebėjimų duomenis yra interferometriniai stebėjimai, kuriuos daro Įvykių horizonto teleskopo (Event Horizon Telescope) projektas. Bet kol jų rezultatai analizuojami, kitos tyrėjų grupės irgi nesėdi rankų sudėjusios.

Iki šiol geriausi Šaulio A* buvimo juodąja skyle įrodymai buvo du: aplink ją besisukančių žvaigždžių orbitos ir žybsniai. Žvaigždės, skriejančios arti Šaulio A*, panaudotos išmatuoti objekto masę. Arčiausiai prie juodosos skylės žvaigždės priartėja atstumu, panašiu į Kuiperio žiedo nuotolį nuo Saulės. Tokio atstumo jau pakanka, kad galėtume įvertinti erdvės iškreiptumą juodosios skylės apylinkėse. Tačiau patvirtinti, kad centre tikrai yra juodoji skylė dar neįmanoma. Šiuo klausimu daugiau padeda žybsniai – kelis kartus per dieną vykstantys nereguliarūs šviesio padidėjimai, atsklindantys iš Šaulio A*. Žinome, kad jie sklinda iš mažesnio nei vienos milisekundės skersmens regiono. Be to, šviesio pokyčių sparta žybsnių metu irgi leidžia spręsti, kad jie susidaro struktūrose, nedaug didesnėse už juodosios skylės įvykių horizontą.

Kai kurių žvaigždžių orbitos aplink Šaulio A*. Viena kampinė sekundė atitinka 0,04 parseko, taigi šių žvaigždžių orbitos yra gerokai mažesnės. Šaltinis: Gillessen ir kt. (2009)

Yra keletas modelių, aiškinančių žybsnių kilmę. Vienas iš jų vadinamas „orbituojančiu karštu tašku“. Pagal šį modelį, žybsnis kyla dėl tankaus karštų dujų gumulo, susiformavusio orbitoje arti juodosios skylės. Gumulas sąveikauja su daugybę kartų retesnėmis, bet ir gerokai karštesnėmis dujomis, supančiomis Šaulio A*, o susidariusiose smūginėse bangose atsiranda stebima spinduliuotė. Idėjų, kaip gumulas galėtų atsirasti, taip pat yra keletas: galbūt tai juodąją skylę supančios plazmos judėjimo nestabilumų padarinys, galbūt išgaravusio pro šalį lekiančio asteroido liekana. Dar prieš daugiau nei dešimtmetį buvo teigiama, kad tokius karštus gumulus būtų galima aptikti interferometriniais stebėjimais. Dabar pagaliau tai padaryta.

Astronomai, naudodami GRAVITY interferometrinį prietaisą, įrengtą Europos pietinės observatorijos Labai dideliame teleskope (VLT), šiemet stebėjo Šaulio A* ir jos aplinką. Trijų žybsnių, matomų infraraudonųjų spindulių ruože, metu aptiktas aplink Šaulio A* judantis karštas taškas. Taško dydžio nustatyti nepavyko, tačiau jo orbita išmatuota sėkmingai. Žybsnio metu nueinamos trajektorijos – apskritimo dalies – ilgis pasirodė esąs maždaug 150 mikrosekundžių, arba kiek daugiau nei vienas astronominis vienetas (atstumas nuo Saulės iki Žemės). Šį atstumą taškas pajudėjo per maždaug 45 minutes, taigi jo judėjimo greitis siekia bent ketvirtį šviesos greičio. Taškui judant, keitėsi ir jo skleidžiamos spinduliuotės poliarizacijos kampas – panašu, kad judantis objektas tikrai sukasi aplink centrinį masyvų kūną, o ne tiesiog lekia pro šalį. Apskaičiuotas trajektorijos apskritimo spindulys vos 6-10 kartų viršija įvykių horizonto spindulį. Tokiu atstumu apskritimu judančios medžiagos greitis kaip tik ir turėtų būti apie ketvirtį-trečdalį šviesos greičio.

Stebėjimų duomenys (spalvoti apskritimai ir paklaidų ūsai), žymintys vieno iš žybsnių metu užfiksuoto karšto taško judėjimą aplink Šaulio A* (raudonas pliusas). Mėlynos linijos žymi judėjimo kryptį. Šaltinis: Abuter ir kt. (2018)
Stebėjimų duomenys (spalvoti apskritimai ir paklaidų ūsai), žymintys vieno iš žybsnių metu užfiksuoto karšto taško judėjimą aplink Šaulio A* (raudonas pliusas). Mėlynos linijos žymi judėjimo kryptį. Šaltinis: Abuter ir kt. (2018)

Taigi, gauti karšto taško judėjimo duomenys labai gerai atitinka juodosios skylės modelio prognozes, o paties taško egzistavimas – karštojo taško žybsnių modelį. Ar tai yra nenuginčijamas jų patvirtinimas? Nebūtinai. Gali būti, kad taškas yra tik kokia nors optinė iliuzija ar projekcijos efektas; gali būti, kad Šaulio A* yra labai kompaktiškas objektas, bet ne juodoji skylė. Tiesiog šitie paaiškinimai atrodo kuo toliau, tuo mažiau tikėtini.

Tyrimo rezultatai publikuojami Astronomy & Astrophysics.

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *