Komunikat prasowy

Astronomowie wykryli bąbel gorącego gazu wirujący wokół supermasywnej czarnej dziury w Drodze Mlecznej

22 września 2022

Przy pomocy Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) astronomowie dostrzegli oznaki „gorącej plamy” na orbicie wokół Sagittarius A*, czarnej dziury w centrum naszej galaktyki. Odkrycie pomoże w lepszym zrozumieniu enigmatycznego i dynamicznego środowiska wokół naszej supermasywnej czarnej dziury.

„Sądzimy, że patrzymy na gorący bąbel gazu kręcący się wokół Sagittarius A* na orbicie podobnej rozmiarem do orbity jaką ma planeta Merkury, ale dokonujący pełnego okrążenia w zaledwie około 70 minut. To wymaga oszałamiającej prędkości około 30% prędkości światła!” mówi Maciek Wielgus z Max Planck Institute for Radio Astronomy w Bonn (Niemcy) i Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN (Warszawa), który kierował badaniami opublikowanymi dzisiaju w Astronomy & Astrophysics.

Obserwacje zostały przeprowadzone przy pomocy ALMA w chilijskich Andach – radioteleskopu, które współwłaścicielem jest Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) – w ramach projektu Teleskop Horyzontu Zdarzeń (ang. Event Horizon Telescope, EHT) mającego na celu uzyskiwanie obrazów czarnych dziur. W kwietniu 2017 roku w EHT połączona razem osiem istniejących radioteleskopów na całym świecie, w tym ALMA, uzyskując w efekcie niedawno opublikowany pierwszy w historii obraz Sagittarius A*. Aby skalibrować dane EHT, Wielgus i jego współpracownicy z EHT Collaboration, używali danych ALMA rejestrowanych jednocześnie z obserwacjami Sagittarius A* prowadzonymi przez EHT. Ku zaskoczeniu zespołu, w pomiarach ALMA znaleziono więcej ukrytych wskazówek dotyczących natury czarnej dziury.

Przez przypadek cześć obserwacji wykonano krótko po wybuchu lub rozbłysku promieniowania X wyemitowanego z centrum naszej galaktyki, dostrzeżonego przez Kosmiczny Teleskop Chandra należący do NASA. Uważa się, że ten rodzaj rozbłysków, obserwowanych wcześniej przez teleskopy rentgenowskie i podczerwone, ma związek z tak zwanymi „gorącymi plamami”, czyli bąblami gorącego gazu, które krążą po orbicie bardzo szybko i bardzo blisko czarnej dziury.

„To co jest naprawdę nowe i interesujące, to kwestia, że tego typu rozbłyski były do tej pory wyraźnie widoczne jedynie w rentgenowskich i podczerwonych obserwacjach Sagittarius A*. Natomiast tutaj po raz pierwszy widzimy bardzo silne wskazania, że orbitujące gorące plamy dostępne są też do obserwacji radiowych” mówi Wielgus, który ma także dodatkową afiliację Black Hole Initiative na Harvard University (USA).

„Być może te gorące plamy wykryte na falach podczerwonych są manifestacją tego samego zjawiska fizycznego: gdy emitujący w podczerwieni gorące plamy ochładzają się, stają się dostrzegalne na dłuższych falach, tak jak przypadki zaobserwowane przez ALMA i EHT” dodaje Jesse Vos, doktorant na Radboud University (Holandia), który również był zaangażowany w badania.

Od dawna uważano, że rozbłyski te pochodzą od interakcji magnetycznych w bardzo gorącym gazie krążącym bardzo blisko Sagittarius A*, a nowe wyniki wspierają tę koncepcję. „Teraz mamy mocny dowód na magnetyczne pochodzenie tych rozbłysków, a nasze obserwacje dają wskazówki na temat geometrii całego procesu. Nowe dane są niesamowicie pomocne w tworzeniu teoretycznych interpretacji omawianych wydarzeń” mówi współautorka Monika Mościbrodzka z Radboud University.

ALMA pozwala astronomom na badania spolaryzowanej emisji radiowej z Sagittarius A*, których można używać do odkrycia tajemnic pola magnetycznego czarnej dziury. Zespół wykorzystał te obserwacje razem z modelami teoretycznymi do dowiedzenia się więcej o formowaniu się gorącej plamy i otoczeniu, w którym jest zanurzona, w tym o polu magnetycznym wokół Sagittarius A*. Badania te dostarczają silniejszych ograniczeń kształtu pola magnetycznego niż wcześniejsze obserwacje, co pomoże astronomom w odkryciu natury czarnej dziury i jej otoczenia

Obserwacje potwierdzają niektóre z wcześniejszych odkryć dokonanych instrumentem GRAVITY na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) należącym do ESO, który obserwuje w podczerwieni. Dane z GRAVITY i ALMA razem sugerują, że rozbłysk pochodzi z obłoku gazu wirującego wokół czarnej dziury z około 30% prędkości światła w kierunku na niebie zgodnym z ruchem wskazówek zegara, z orbitą gorącej plamy ustawioną do nas w widoku prawie „z góry”.

„W przyszłości powinniśmy być w stanie śledzić gorące plamy na różnych częstotliwościach, korzystając z koordynowanych obserwacji na wielu długościach fali przez GRAVITY i ALMA — sukces takiego przedsięwzięcia będzie prawdziwym kamieniem milowym dla naszego zrozumienia fizyki rozbłysków z centrum Galaktyki” mówi Ivan Marti-Vidal z University of València (Hiszpania), współautor badań.

Zespół badawczy ma także nadzieję, że będzie w stanie bezpośrednio obserwować orbitujące obłoki gazu przy pomocy EHT, aby sondować coraz bliżej czarnej dziury i dowiedzieć się więcej na jej temat. „Mam nadzieję, że pewnego dnia będzie mogli powiedzieć, że ‘wiemy’ co się dzieje w Sagittarius A*” podsumowuje Wielgus.

Więcej informacji

Wyniki badań opisano w artykule pt. “Orbital motion near Sagittarius A* – Constraints from polarimetric ALMA observations”, który ukaże się w Astronomy & Astrophysics (https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202244493).

Skład zespołu badawczego: M. Wielgus (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Niemcy [MPIfR]; Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika, Polska Akademia Nauk, Polska; Black Hole Initiative at Harvard University, USA [BHI]), M. Moscibrodzka (Department of Astrophysics, Radboud University, Holandia [Radboud]), J. Vos (Radboud), Z. Gelles (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, USA oraz BHI), I. Martí-Vidal (Universitat de València, Hiszpania), J. Farah (Las Cumbres Observatory, USA; University of California, Santa Barbara, USA), N. Marchili (Italian ALMA Regional Centre, INAF-Istituto di Radioastronomia, Włochy oraz MPIfR), C. Goddi (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Cagliari, Włochy oraz Universidade de São Paulo, Brazylia) oraz H. Messias (Joint ALMA Observatory, Chile).

Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) jest międzynarodowym kompleksem badawczym w ramach partnerstwa pomiędzy ESO, U.S. National Science Foundation (NSF) oraz National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan, we współpracy z Chile. ALMA jest finansowana przez ESO w imieniu Krajów Członkowskich, przez NSF we współpracy z National Research Council of Canada (NRC) i National Science Council of Taiwan (NSC) oraz przez NINS we współpracy z Academia Sinica (AS) na Tajwanie i Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). Budowa i zarządzanie ALMA są kierowane przez ESO w imieniu Krajów Członkowskich, przez National Radio Astronomy Observatory (NRAO), zarządzane przez Associated Universities, Inc. (AUI), w imieniu Ameryki Północnej oraz przez National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) w imieniu Azji Wschodniej. Joint ALMA Observatory (JAO) umożliwia zunifikowane kierowanie i zarządzanie budową, testowaniem i działaniem ALMA.

Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) umożliwia naukowcom z całego świata na odkrywanie tajemnic Wszechświata z korzyścią dla nas wszystkich. Projektujemy, budujemy i zarządzamy światowej klasy obserwatoriami naziemnymi – których astronomowie używają do odpowiadania na ciekawe pytania i szerzenia fascynacji astronomią – a także promujemy międzynarodową współpracę w astronomii. Ustanowione w 1962 roku jako organizacja międzynarodowa, ESO jest wspierane przez 16 krajów członkowskich (Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Irlandia, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy), a także Chile jako kraj gospodarz, oraz Australię jako strategicznego partnera. Siedziba ESO, a także jego centrum popularyzacji nauki i planetarium (ESO Supernova) znajdują się w pobliżu Monachium w Niemczech, natomiast chilijska pustynia Atakama – niesamowite miejsce z wyjątkowymi warunkami do obserwacji nieba – jest domem dla naszych teleskopów. ESO zarządza trzema lokalizacjami obserwacyjnymi w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope – Bardzo Duży Teleskop) oraz dwa teleskopy do przeglądów nieba. VISTA pracuje w podczerwieni, VLT Survey Telescope w zakresie widzialnym. W Paranal ESO zarządza także południowym obserwatorium CTA (Cherenkov Telescope Array South) – największym na świecie i najbardziej czułym obserwatorium promieniowania gamma. Wspólnie z międzynarodowymi partnerami ESO zarządza także radioteleskopami APEX i ALMA, które są instrumentami do obserwacji nieba w zakresach milimetrowym i submilimetrowym. Na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, budujemy „największe oko świata na niebo”, czyli Ekstremalnie Wielki Teleskop (Extremely Large Telescope, ELT). Nasza działalność w Chile jest zarządzania z biur ESO w Santiago, gdzie współpracujemy też z chilijskimi partnerami.

Linki

• Publikacja naukowa
• Zdjęcia ALMA
• Komunikat prasowy na temat pierwszego obrazu naszej czarnej dziury
• Dla dziennikarzy: zasubskrybuj, aby otrzymywać w swoim języku nasze komunikaty z embargo medialnym
• Dla naukowców: jeśli masz ciekawe wyniki, zgłoś swoje badania

Kontakt

Maciek Wielgus
Max Planck Institute for Radio Astronomy
Bonn, Germany
Tel.: +48 602417268
E-mail: maciek.wielgus@gmail.com

Monika Mościbrodzka
Radboud University
Nijmegen, The Netherlands
Tel.: +31-24-36-52485
E-mail: m.moscibrodzka@astro.ru.nl

Ivan Martí Vidal
University of Valencia
Valencia, Spain
Tel.: +34 963 543 078
E-mail: i.marti-vidal@uv.es

Jesse Vos
Radboud University
Nijmegen, The Netherlands
Tel. kom.: +31 6 34008019
E-mail: jt.vos@astro.ru.nl

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel. kom.: +49 151 241 664 00
E-mail: press@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych