У центрі нашої галактики багато чого відбувається. Там знаходиться надмасивна чорна діра під назвою Стрілець A-Star, яка втягує матеріал своїм невблаганним гравітаційним притяганням. У цьому приголомшливому районі, де закони фізики виходять за межі розуміння, астрономи виявили кільце холодного газу.
Стрілець А-зірка, або Провисання. Коротше кажучи, A* знаходиться на відстані 26 000 світлових років від Землі і приблизно в 4 мільйони разів більша за наше Сонце. Вся ця маса означає, що величезна гравітаційна енергія притягує матеріал до A*. Але перед тим, як матеріал всмоктується, над вентиляційним горизонтом, він перебуває у обертанні акреційний диск .
Астрономи про все це давно знають. Провисання. A* є яскравим джерелом рентгенівського випромінювання, оскільки матеріал в диску стискається і нагрівається, змушуючи його вивільняти рентгенівські промені. Він не просто нагрівається; вона перегріта до 10 мільйонів градусів Цельсія (18 мільйонів градусів за Фаренгейтом). Рентгенівські обсерваторії в космосі змогли побачити все це приблизно на десяту частину світлового року з самої діри.
Вид на Sgr A* і надмасивну чорну діру, розташовану за 26 000 світлових років від Землі в центрі Чумацького Шляху. Авторство: телескоп Чандра, НАСА.
Але існує також величезна кількість «холодного» водню в межах кількох світлових років від діри. Цей газ лише холодний у порівнянні з іншим газом. Це приблизно 10 000 градусів за Цельсієм (18 000 градусів за Фаренгейтом). Який внесок у середовище чорної діри зробив цей холодний газ, було невідомо. У всякому разі, поки що.
«Ми сподіваємося, що ці нові спостереження ALMA допоможуть чорній дірі розкрити деякі свої секрети».
Олена Мурчікова, провідний автор статті, астрофізик Інституту перспективних досліджень у Прінстоні, штат Нью-Джерсі.
Тепер нове дослідження з використанням великого міліметрового/субміліметрового масиву Atacama (ALMA) дало нам наше перше зображення цього холодного тіла газу. Їхній папір, де детально описана ця робота з’являється у випуску Nature від 6 червня. Ось як вони це зробили.
Поблизу центру галактики достатньо радіації, щоб атоми водню втратили свої електрони. Потім вони знову відновлюють їх у постійному циклі. Коли вони це роблять, рекомбінація виділяє енергію в певному сигналі міліметрової довжини хвилі. Цей сигнал може потрапити до Землі з дуже малими втратами сигналу.
Три тарілочки, які складають великий міліметровий/субміліметровий масив Atacama (ALMA). Автор зображення: Х. Кальдерон – ALMA (ESO/NRAO/NAOJ)
ALMA — це дуже тонка машина, потужна та чутлива, і вона здатна налаштуватися на цей специфічний сигнал. Астрономи використали цю потужність і чутливість, щоб створити перше в історії зображення диска холодного газу на відстані лише однієї сотої світлового року від Sag. A*. Їхні спостереження дозволяють астрономам скласти карту розташування цієї хмари, а також відстежити її рух. Вони також виміряли розмір водневої хмари, і вона містить приблизно одну десяту маси Юпітера або одну десятитисячну маси Сонця.
«Ми були першими, хто зобразив цей невловимий диск і дослідив його обертання».
Олена Мурчікова, провідний автор статті, астрофізик Інституту перспективних досліджень у Прінстоні, штат Нью-Джерсі.
The Ефект Доплера також вступає в гру. Коли сигнал від рекомбінації водню поширюється на Землю, його частота зміщується до більш блакитної частини спектру. Зробивши карту цих зрушень, астрономи змогли побачити, що газове кільце обертається навколо чорної діри.
Зображення ALMA диска холодного газоподібного водню, що обтікає надмасивну чорну діру в центрі нашої галактики. Кольори представляють рух газу відносно Землі: червона частина віддаляється, тому радіохвилі, виявлені ALMA, трохи розтягуються або зміщуються до «червонішої» частини спектру; блакитний колір представляє газ, що рухається до Землі, тому радіохвилі злегка стиснуті або зміщені до «синішої» частини спектру. Перехрестя вказують на розташування чорної діри. Авторство зображення:АЛМА (ESO / NAOJ / NRAO), Є.М. Мурчикова; NRAO / AUI / NSF, С. Даньєлло
Оскільки середовище навколо чорної діри настільки хаотичне, потрібно багато працювати, щоб зрозуміти все, що там відбувається. Ця інформація допоможе вченим зрозуміти це середовище і те, як чорна діра споживає речовину.
«Ми були першими, хто зобразив цей невловимий диск і дослідив його обертання», — сказала Олена Мурчікова, співробітник астрофізики Інституту перспективних досліджень у Прінстоні, штат Нью-Джерсі, і провідний автор статті. «Ми також досліджуємо акрецію на чорній дірі. Це важливо, оскільки це наша найближча надмасивна чорна діра. Незважаючи на це, ми все ще погано розуміємо, як відбувається його нарощування. Ми сподіваємося, що ці нові спостереження ALMA допоможуть чорній дірі розкрити деякі свої секрети».
Джерела:
- Прес-реліз: Прохолодне туманне кільце навколо надмасивної чорної діри Чумацького Шляху
- Науково-дослідна робота: Прохолодний акреційний диск навколо чорної діри Галактичного центру
- Веб-сайт ALMA
