Teleskop ALMA uchwycił pierwsze w historii zdjęcia dysku akrecyjnego czarnej dziury - „pączka” rozgrzanego gazu i materii, który krąży wokół niego i który stopniowo wchłania, zgodnie z artykułem opublikowanym w Astrophysical Journal Letters.
„Wyjaśniając różne cechy kwazarów, od dawna wierzymy, że aktywne supermasywne czarne dziury są otoczone podobną do pączków strukturą gazu i pyłu. Nie mogliśmy jej zobaczyć, ponieważ jest bardzo mała. Tylko dzięki ultrawysokiej rozdzielczości ALMA mogliśmy zrealizować to marzenie i potwierdzić, że taka konstrukcja istnieje”- mówi Mastoshi Imanishi z Japońskiego Narodowego Obserwatorium Astronomicznego w Tokio.
Kosmiczne pączki i bajgle
Supermasywne czarne dziury można znaleźć w centrum prawie każdej galaktyki. W przeciwieństwie do czarnych dziur, które pojawiają się podczas zapadania się gwiazd, ich masa jest kilka milionów razy większa od masy Słońca. Okresowo absorbują gwiazdy, inne ciała niebieskie i gaz oraz wyrzucają część przechwyconej materii w postaci dżetów - wiązek rozgrzanej plazmy poruszających się z prędkością bliską prędkości światła.
Według astronomów emisje te wynikają z faktu, że czarne dziury nie są w stanie wchłonąć materii w nieograniczonych ilościach. Istnieje pewna granica, którą astrofizycy nazywają granicą Eddingtona: po jej osiągnięciu substancja zaczyna gromadzić się w pobliżu czarnej dziury w postaci gorącego „pączka” - dysku akrecyjnego, w którym cząsteczki ocierają się o siebie, nagrzewają do bardzo wysokich temperatur i są wyrzucane w przestrzeń kosmiczną.
Nie wszystkie czarne dziury zachowują się w ten sposób, wyjaśnia Imanishi. Na przykład obiekt Sgr A * w centrum naszej galaktyki wyróżnia się skromnym usposobieniem i apetytem, nie ma dżetów i dysku akrecyjnego. Pytanie o to, w jaki sposób powstaje dysk akrecyjny i dlaczego niektóre czarne dziury gwałtownie tracą apetyt lub, przeciwnie, go nabywają, stało się jednym z głównych pytań astronomii.
Japońscy astrofizycy zrobili pierwszy krok w kierunku rozwiązania tej tajemnicy, obserwując galaktykę spiralną M77 w gwiazdozbiorze Wieloryba (jednego z najbliższych sąsiadów Drogi Mlecznej) za pomocą teleskopu mikrofalowego ALMA na płaskowyżu Chahnantor w Chile.
Film promocyjny:
Lunch w czarnej dziurze
Dysk tej galaktyki jest obrócony w naszym kierunku „twarzą”, co pozwala astronomom śledzić to, co dzieje się w jego centrum, gdzie znajduje się jedna z najbardziej aktywnych i najjaśniejszych supermasywnych czarnych dziur w bezpośrednim sąsiedztwie Drogi Mlecznej.
Aby znaleźć „pączek” w jej centrum, naukowcy z Japonii poszli na sztuczkę: zaobserwowali dwa typy cząsteczek, które mogą znajdować się w pobliżu czarnej dziury, ale zachowują się inaczej w różnych warunkach. Na przykład cząsteczki tlenku węgla, które ALMA dobrze rozróżnia, znajdują się w prawie wszystkich zakątkach galaktyk i mogą emitować mikrofale w prawie każdych warunkach.
Z drugiej strony substancje takie jak kwas cyjanowodorowy czy niektóre aldehydy (najprostsze związki tlenu, wodoru i węgla) stają się widoczne dla anten ALMA tylko wtedy, gdy znajdują się w szczególnie gęstych chmurach gazu. Jak wyjaśniają astronomowie, dysk akrecyjny powinien być znacznie gęstszy niż otaczające go skupiska materii i można go wykryć obserwując nadmiar tych dwóch związków.
Pomysł się opłacił - japońskim astrofizykom udało się uzyskać pierwsze szczegółowe zdjęcia "pierścienia" dysku akrecyjnego i niespodziewanie ujawnili niektóre jego właściwości. Przykładowo okazało się, że ma on wydłużony i nierówny kształt - sugeruje to, że jego rotacją sterują przypadkowe procesy, a nie tylko przyciąganie „właściciela” centrum galaktyki.
Astronomowie mają nadzieję, że dalsze obserwacje M77 pomogą dokładnie zrozumieć, w jaki sposób jej „pączek” przybrał tak niezwykły kształt i dlaczego czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej go nie ma.