Czarna dziura z dyskiem akrecyjnym i jetami – wizja artystyczna. Źródło – Sky and Telescope.

Zapewne słyszałeś, Czytelniku, o radioźródle Sgr A*. Pierwsze trzy litery oznaczają gwiazdozbiór w jakim jest położony. Literka “A” sugeruje że jest to najjaśniejsze radioźródło w tym gwiazdozbiorze (Sagittariusa czyli Strzelca). Z jego odkryciem jest związana pewna historia.

Lata po odkryciu fal radiowych poszukiwano sposobów na transmisję wiadomości za pomocą telegrafu bez drutu na znaczne (w skali ziemskiej) odległości. Wynalazkowi telegrafu – poprzednikowi radia – zawdzięczamy m.in. powstanie służb meteorologicznych takich jak np. angielskie MetOffice. Otworzyła się możliwość trasmisji wiadomości na odległość między stacją pomiarową a biurem zbierającym te wiadomości i zamierzającym wykorzystać je następnie do analizy sytuacji pogodowej przez synoptyków.

Karl Jansky miał za zadanie przebadać źródła zakłóceń spotykane w takiej transmisji. Był wówczas młodym pracownikiem Bell Laboratories który po prostu starał się sumiennie wykonać powierzone mu zadanie. Napotkał na coś co wzbudziło jego ciekawość – modulacje szumu z okresem 23 godzin i 56 minut. Jak potem skojarzono, była to dokładnie długość doby gwiazdowej – czyli okresu w którym Ziemia zatacza pełen obrót. Tak, 24 godziny bez 4 minut gdyż owe 4 minuty są różnicą między dobą gwiazdową a słoneczną – jest to poprawka na dobowy ruch słońca które na niebie niejako “ucieka” Ziemi a wynika to z kolei z ruchy obiegowego Ziemi wokół Dziennej Gwiazdy.

Big Ear Radio Observatory. Źródło – strona o Karlu Jansky’m.

Czyli szumiało coś na niebie. I właśnie w gwiazdozbiorze Strzelca. Dużo później zorientowano się, że może to być środek (fizycznie) naszej Galaktyki, czyli centrum Drogi Mlecznej. A jeszcze później, bo dopiero początkiem XXI wieku, upewniono się (na podstawie obserwacji kinematyki gwiazd w pobliżu Sgr A*) że w tym środku lokuje się supermasywna (galaktyczna) czarna dziura i to ona wywołuje serię zjawisk które obserwujemy przy pomocy coraz to doskonalszych teleskopów (jak choćby ostatnio Event Horizon Telescope czy wcześniej VLBI).

Sięgamy dzięki temu coraz głębiej w układ związany z czarną dziurą. Jak do niedawna o obecności czarnych dziur wnioskowaliśmy z efektów pośrednich tak ostatnio niemal jesteśmy w stanie je musnąć. A dokładniej, wykryć promieniowanie z rejonu horyzontu zdarzeń. Takich informacji ostatnio dostarczył VLTI i zespół używający go w ramach programu-eksperymentu GRAVITY. Najbliżej położone zgęstki gazu (a dokładniej, gorąca plama na dysku akrecyjnym) okrążają czarną dziurę w niecałą godzinę! Avery Broderick z Uniwersytetu Canada i Abraham Loeb z Uniwersytetu Harvard wyznaczyli ten czas na 45 minut! Tak szybko kręci się karuzela dysku akrecyjnego wokół Sgr A*. Ustalili oni także, że dysk ten widzimy bardziej z góry (face-on) niżby to wynikało z obserwacji gwiazd zataczających pełny obrót wokół Sgr A* w kilkanaście lat.

ESO’s exquisitely sensitive GRAVITY instrument has added further evidence to the long-standing assumption that a supermassive black hole lurks in the centre of the Milky Way. New observations show clumps of gas swirling around at about 30% of the speed of light on a circular orbit just outside a four million solar mass black hole — the first time material has been observed orbiting close to the point of no return, and the most detailed observations yet of material orbiting this close to a black hole. This visualisation uses data from simulations of orbital motions of gas swirling around at about 30% of the speed of light on a circular orbit around the black hole.

Oczywiście, pojawiły się również wątpliwości: czy aby na pewno zgęstki gazu są “gorącymi plamami” (czyli miejscem gdzie gaz z otoczenia zasila silnik centralny dysku) czy to tylko przypadek? Kwestia interpretacji. Ale na pewno możemy się spodziewać nowych, frapujących wyników z 4 teleskopów VLT spiętych w jeden potężny, optyczny interferometr. I kolejnych potwierdzeń z Event Horizon Telescope, ALMY i dalszych teleskopów o rosnącej rozdzielczości które – jak już we wcześniejszych odcinkach pisałem – są kwestią kilku lat: E-ELT, OWL, James Webb Telescope czy coraz lepszych systemów naziemnych wyposażonych w optykę adaptywną. Podjęta zostanie próba wykrycia cienia czarnej dziury na okrążającym ja dysku. To najbliższa nam supermasywna czarna dziura wobec tego możemy ją jak najdokładniej badać aby następnie ekstrapolować wyniki na naszą znajomość fizyki bardziej odległych obiektów.

A jeszcze niedawno, dosłownie parę lat temu, powątpiewano czy aby na pewno czarne dziury istnieją. Powoływano się na argument że nikt nie zobaczył do niedawna ich powierzchni – a tego właśnie, obejrzenia “powierzchni” (granicy) czarnych dziur, spodziewano się po Event Horizon Telescope. Wyniki, jak to często w astronomii, przerosły oczekiwania. Przypatrujemy się teraz coraz drobniejszym elementom “silnika centralnego” którego motorem jest właśnie supermasywna czarna dziura. Po klasyfikację czarnych dziur odsyłam do artykułu w “Tarnowskiej Perci” oraz do wcześniejszych notek oraz – oczywiście – do szerokiej fachowej literatury tematu.

Artystyczne wyobrażenie otoczenia czarnej dziury. Źródło – Sky & Telescope.

Innym zjawiskiem związanym z czarnymi dziurami jest pływowe rozrywanie gwiazd związanych grawitacyjnie z czarną dziurą i przekształcanie mniej więcej połowy ich gazowego budulca na dysk akrecyjny – a dalej, jety. Takie zjawisko (zniknięcie gwiazdy i późniejsze pojawienie się radiowego jetu) w 2011r. potwierdził obserwacjami satelita Swift oraz system EVN (European VLBI Network). Radioźródło nazwano J1644+57 (od jego położenia na niebie) i znajduje sie ono prawie 4 mld lat świetlnych od nas – zatem w odległości kosmologicznej. Zjawisko to zatem musi produkować bardzo dużo energii. Ustalono położenie jetu z dokładnością rzędu 10 milisekund łuku. Zauważono, że jet ma tendencję do stałego świecenia i jest zwarty a najbliższe środowisko jest korzystne dla jego rozwoju. Zjawisko nazywa się w skrócie TDE (ang. tidal disruption event) i jest badane i analizowane przez sieć radioteleskopów na całej kuli ziemskiej (także chińskich, w programie bierze udział m.in. astronom z Szanghaju, Tao An). Rozwój badań może być przyspieszony przez włączenie do sieci przyszłego teleskopu SKA – Square Kilometre Array – czy FASTa (największej na świecie, 500-metrowej anteny radiowej w Chinach). Aktualny katalog TDE zawiera 87 pozycji wykrytych po 1999r.

Okładka książki o niedawno zmarłym Profesorze S. Hawkingu.

Na koniec, uzupełniając informacje o postaci zmarłego niedawno Profesora Stephena Hawkinga, warto wspomnieć że ukazała się książka o Nim nosząca tytuł “The Life and Times of Stephen Hawking”. Jej fragment można wyświetlić pod adresem (dzięki Astronomy.com):

http://www.astronomy.com/-/media/Files/PDF/Marketing/Ebooks/HawkingFinal.pdf

Do zobaczenia na szlaku I spokojnej jesieni!

Doktorek