Astronaujiena. Paukščių Tako juodosios skylės aplinka

Supermasyvios juodosios skylės, esančios galaktikų centruose, yra labai svarbios galaktikų evoliucijai. Mūsų Paukščių Tako centre esanti Šaulio A* yra artimiausias toks objektas, taigi į ją dažnai krypsta teleskopai, siekiant išsiaiškinti kuo daugiau detalių apie juodųjų skylių aplinką ir ten vykstančius procesus. Dabar naujausių tyrimų rezultatai atskleidė, kad Šaulio A* aplinkoje nematyti energingų dalelių čiurkšlės, nors jos egzistavimą prognozavo nemaža dalis teorinių modelių. Gali būti, kad jos ten apskritai nėra, arba ji nukreipta tiesiai į mus.

Galaktikos centrinės dalies – maždaug šimto parsekų – vaizdas rentgeno ir infraraudonuosiuose spinduliuose. Rentgeno informacija iš Chandra observatorijos pavaizduota mėlyna ir violetine spalva, artimųjų infraraudonųjų spindulių iš Hubble’o – geltonai, tolimesnių infraraudonųjų iš Spitzerio – raudonai. Šaulio A* yra baltos spiralinės struktūros, matomos iliustracijos dešinėje apatinėje pusėje, centre. Šaltinis: X-ray: NASA/CXC/UMass/D. Wang et al.; Optical: NASA/ESA/STScI/D.Wang et al.; IR: NASA/JPL-Caltech/SSC/S.Stolovy

Šis tekstas – trumpas įdomios naujienos pristatymas, kurį rašau dėl dosnių Patreon rėmėjų paramos. Jei manote, kad mano tekstai verti vieno kito jūsų dolerio, mane paremti galite ir jūs.

Nors Šaulio A* yra gerokai arčiau, nei kitų galaktikų centrinės juodosios skylės, ji vis tiek yra mažytė. Juodosios skylės įvykių horizontas užima apie 10 kampinių mikrosekundžių, arba vieną 360-milijonąją laipsnio dalį dangaus skliaute. Maždaug tokio paties dydžio būtų penkių centų moneta Mėnulio paviršiuje. Išskirti tokį mažą objektą vienu teleskopu neįmanoma, tam reikia pasitelkti daugybę teleskopų, sujungtų į interferometrą. Taip daroma jau ne vienerius metus, bet dabar prie teleskopų, esančių Šiaurės pusrutulyje, prijungtas ir Čilėje esantys teleskopų masyvas ALMA. Taip gaunamų duomenų raiška padidėjo net du kartus ir tapo įmanoma atskirti, kokią spinduliuotę skleidžia dujos Šaulio A* prieigose, o kurie fotonai mus pasiekia atsispindėję nuo dujų, esančių toliau. Pastarasis reiškinys, vadinamas fotonų sklaida, dirbtinai padidina kosminių objektų dydį.

Skaitmeniniai modeliai, kaip galėtų atrodyti medžiagos, besisukančios aplink Šaulio A*, spinduliuotė (pirmas ir trečias langeliai), ir kaip tą spinduliuotę galėtų išsklaidyti tarpžvaigždinė terpė, iki jai pasiekiant teleskopus Žemėje (antras ir ketvirtas langeliai). Šaltinis: Falcke & Markoff (2013)

Naujoji sistema, apjungianti ALMA Čilėje, taip pat teleskopus Havajuose, įvairiose kitose JAV valstijose, Ispanijoje ir Vokietijoje, pasiekė 86 kampinių mikrosekundžių raišką. Dar nepakankamą, norint išskirti Šaulio A* įvykių horizontą, bet ganėtinai artimą tokiai. Stebėjimai atlikti 86 gigahercų dažnio milimetrinių bangų ruože; tokių bangų ilgis yra 3,5 milimetro – kaip tik tokiam jautrūs visi šie teleskopai. Be to, būtent radijo ir milimetrinių bangų interferometriniai matavimai yra patys paprasčiausi, nes jas mažiausiai iškreipia Žemės atmosferos poveikis. Svarbu ir tai, kad Šaulio A* palyginus ryškiai švyti tik radijo bangų ruože, o infraraudonuosiuose spinduliuose – menkai; regimuosius ir ultravioletinius spindulius, kurios galimai skleidžia šis objektas, stipriai sugeria tarpžvaigždinė medžiaga tarp mūsų ir Galaktikos centro.

Pasaulinio milimetrinių bangų teleskopų tinklo schema. Kiekviena melsva linija jungia du teleskopus ir leidžia atlikti stebėjimus taip, tarsi turėtume ta kryptimi nukreiptą teleskopą, dydžiu prilygstantį atstumui tarp realių teleskopų. Šaltinis: S. Issaoun, Radboud University/ D. Pesce, CfA

Gautose nuotraukose matomas radijo spindulių šaltinis, kurio plotis siekia apie 200 kampinių mikrosekundžių. Bet tai – dar ne viskas. Šaltinio vaizdą dirbtinai padidina minėta sklaida. Norint išsiaiškinti jos įtaką, pasitelkti skaitmeniniai modeliai: apskaičiuota, kaip galėtų atrodyti prie juodosios skylės esančios medžiagos skleidžiama spinduliuotė, esant įvairioms medžiagos konfigūracijoms ir savybėms. Taip pat suskaičiuota, kaip ši spinduliuotė pasikeistų dėl sklaidos. Tai leido, turint išsklaidytą stebėjimų vaizdą, apskaičiuoti tikėtiniausią neišsklaidytą („atsklaidytą“) vaizdą. Jis pasirodė esąs vos 120 kampinių mikrosekundžių skersmens, arba truputį mažesnis, nei Žemės orbitos aplink Saulę spindulys. Tai yra dar vienas įrodymas, kad visa Šaulio A* masė – 4,3 milijono Saulės masių – yra sutelkta labai mažame erdvės regione. Tiesa, įrodymų yra ir tvirtesnių – iš Šaulio A* kasdien stebimų žybsnių kitimo laiko skalė leidžia spręsti, kad šaltinio dydis yra dar mažesnis.

Šaulio A* supančių dujų spinduliuotės modelis (viršuje kairėje) ir tas pats modelis, pridėjus tarpžvaigždinės medžiagos sklaidą (viršuje dešinėje). Apačioje – stebėjimų rezultatai (dešinėje) bei „atsklaidytas“ vaizdas, gautas įvertinus bei atmetus sklaidos įtaką (kairėje). Šaltinis: S. Issaoun, M. Mościbrodzka, Radboud University/ M. D. Johnson, CfA

Dar įdomiau tai, kad radijo bangų šaltinis yra visiškai apskritas. Daugelis modelių prognozuoja, kad radijo spinduliuotę turėtų skleisti energingų dalelių čiurkšlė, lekianti tolyn nuo pačių juodosios skylės prieigų. Tokios raiškos nuotraukoje, kokia gauta dabar, čiurkšlę turėtume matyti kaip pailgą uodegą, nusidriekusią į vieną arba abi puses nuo centro. Jos nebuvimą galima paaiškinti dviem būdais: arba čiurkšlės nėra, arba ji nukreipta tiesiai į mus. Pirmoji hipotezė atrodo menkai tikėtina, nes bent kol kas nėra fizikinio modelio, kuris galėtų paaiškinti stebimą spinduliuotę be magnetinio lauko kuriamos čiurkšlės poveikio. Antroji hipotezė iki šio atradimo irgi atrodė menkai tikėtina, tačiau panašu, kad dabar ją reikės priimti kaip geriausiai paaiškinančią stebėjimus.

Įdomu, kad analogišką rezultatą pernai gavo ir kito eksperimento – GRAVITY – komanda, dirbanti su infraraudonųjų spindulių interferometru. Apie jį tada rašiau astronaujienoje. Tame tyrime nebuvo nagrinėjamas čiurkšlės egzistavimo klausimas, tačiau aptikta, kad medžiaga juodosios skylės aplinkoje sukasi dangaus plokštumoje, vadinasi sukimosi ašis yra nukreipta daugmaž į mus. Taip pat ir šiek tiek didesniu, maždaug pusės parseko, atstumu esančios jaunos žvaigždės aplink Šaulio A* išsidėsčiusios žiedu, kurio ašis nukreipta beveik į mus. Žvaigždžių žiedas susiformavo prieš maždaug šešis milijonus metų, o jį formavusios dujos greičiausiai maitino ir juodąją skylę. Nors beveik visos dujos jau seniai arba įkrito į juodąją skylę, arba buvo išpūstos, jos galėjo pakreipti juodosios skylės sukimosi ašį ir nukreipti ją tiesiai į mus. Tada vėliau iš mažesnių dujų kiekių susiformavusios struktūros juodosios skylės prieigose pradėtų suktis aplink tą pačią ašį, tad irgi būtų atsisukusios veidu į mus.

Ši paskutinė pastraipa – daugiau spekuliatyvi. Bet tikėtina, kad artimiausioje ateityje šias skirtingais būdais gaunamas žinias apjungsime į vientisą modelį, paaiškinantį Šaulio A* ir jos aplinkos savybes bei pastarųjų kelių milijonų metų istoriją.

Tyrimo rezultatai publikuojami Astrophysical Journal. Viešai prieinamą versiją rasite arXiv.

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *