За допомогою Великої міліметрової/субміліметрової антени Атакама (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA) астрономи помітили ознаки «гарячої цятки», що обертається навколо Стрільця A*, чорної діри в центрі нашої галактики. Знахідка допоможе науковцям краще зрозуміти загадкове та динамічне середовище нашої надмасивної чорної діри.
«Ми вважаємо, що нам вдалося спостерігати за гарячою бульбашкою газу, яка обертається навколо Стрільця A* на орбіті, схожій за розміром на орбіту планети Меркурій, але її період обертання становить лише 70 хвилин. Для цього потрібна неймовірна швидкість приблизно 30% від швидкості світла!» — сказав Мацієк Вілґус (Maciek Wielgus) з Інституту радіоастрономії Макса Планка в Бонні, Німеччина, який керував дослідженням. Його результати оприлюднив журнал Astronomy & Astrophysics.
Спостереження виконували за допомогою ALMA в чилійських Андах — радіотелескопа, співвласником якого є Європейська південна обсерваторія (European Southern Observatory, ESO) — під час спільної роботи з Телескопом горизонту подій (Event Horizon Telescope, EHT) зі створення зображення чорних дір. У квітні 2017 року EHT об’єднав вісім наявних радіотелескопів у всьому світі, зокрема і ALMA, у результаті чого нещодавно було оприлюднено перше в історії зображення Стрільця A*. Для калібрування даних EHT Вілґус та його колеги, які є учасниками EHT Collaboration, використовували дані ALMA. Ці дані отримали одночасно з EHT у процесі спостережень Стрільця A*. На подив науковців, вони містили підказки про природу чорної діри.
Це перше зображення Sgr A*, надмасивної чорної діри в центрі нашої галактики. Воно є прямим візуальним свідченням наявності цієї чорної діри. Його отримав Телескоп горизонту подій (Event Horizon Telescope, EHT), масив інструментів, що об’єднав вісім радіообсерваторій по всій планеті в єдиний віртуальний телескоп «розміром із Землю». Телескоп названий на честь горизонту подій, межі чорної діри, за яку не може вийти світло.
Хоча ми не можемо побачити сам горизонт подій, бо він не випромінює світло, газ, що світиться і обертається навколо чорної діри, виявляє характерну ознаку: темну центральну ділянку (її називають тінню), оточену яскравою кільцеподібною структурою. Таку картину створює випромінювання, викривлене потужною гравітацією чорної діри, маса якої в чотири мільйони разів більша, ніж маса Сонця. Зображення чорної діри Sgr A* є усередненим із різних зображень, отриманих колаборацією EHT зі спостережень 2017 року.
На додаток до інших інструментів, мережа радіообсерваторій EHT, завдяки якій стало можливим отримати це зображення, включає Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) і Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) у пустелі Атакама в Чилі. Європейська південна обсерваторія використовує ці радіотелескопи на умовах партнерства. Фото з сайту www.eso.org.
Випадково деякі спостереження були зроблені незабаром після того, як в центрі нашої галактики стався спалах рентгенівського випромінювання, який зареєструвала космічна обсерваторія NASA «Чандра». Астрономи вважають, що такі спалахи, які вони раніше спостерігали за допомогою рентгенівських та інфрачервоних телескопів, пов’язані з так званими «гарячими цятками», бульбашками гарячого газу, які обертаються дуже швидко та близько до чорної діри.
«Справді новим і цікавим є те, що такі спалахи досі були чітко присутні лише в рентгенівських та інфрачервоних спостереженнях Стрільця A*. Тут ми вперше бачимо дуже вагоме свідчення того, що гарячі цятки на орбіті також видно в радіоспостереженнях», — сказав Вілґус, який також є співробітником Астрономічного центру імені Миколи Коперника в Польщі та учасником об’єднання «Ініціативи чорних дір» (the Black Hole Initiative) Гарвардського університету в США.
«Можливо, ці гарячі цятки, виявлені в інфрачервоному випромінюванні, є проявом того самого фізичного явища: коли гарячі цятки, що випромінюють інфрачервоне світло, охолоджуються, вони стають видимими на більших довжинах хвиль, зокрема тих, які реєструють ALMA і EHT», — додала Джессі Вос (Jesse Vos), аспірантка Університету Радбода (Нідерланди), яка також брала участь у цьому дослідженні.
На світлині видно Велику міліметрову/субміліметрову антену Атакама (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA), спрямовану на Чумацький Шлях, а також показано місце розташування Стрільця A* — надмасивної чорної діри в центрі нашої галактики. У рамці виділено зображення Стрільця A*, зроблене колаборацією «Телескоп горизонту подій» (Event Horizon Telescope, EHT). ALMA, розміщена у пустелі Атакама в Чилі, є найбільш чутливою з усіх обсерваторій в масиві EHT. Фото з сайту www.eso.org.
Тривали час науковці вважали, що спалахи походять від магнітної взаємодії в дуже гарячому газі, що обертається близько до Стрільця A*, і нові відкриття підтверджують цю ідею. «Тепер ми знаходимо вагомі докази магнітного походження цих спалахів, і наші спостереження дають нам підказку про геометрію процесу. Нові дані надзвичайно корисні для побудови теоретичної інтерпретації цих подій», — зазначила співавтор дослідження Моніка Мосцібродзка (Monika Mościbrodzka) з Університету Радбода.
На цьому ширококутному зображенні у видимому світлі видно багаті зоряні розсипи в сузір’ї Стрільця у напрямку на центр нашої галактики Молочний Шлях. Вся світлина заповнена величезною кількістю зір, але набагато більше їх приховано за хмарами пилу, а тому такі зорі видно лише на зображеннях в інфрачервоному світлі. Цей знімок створено з фотографій, отриманих у червоному та синьому світлі, що є частиною Цифрового огляду неба 2. Поле зору становить приблизно 3,5 x 3,6 градуса. Фото з сайту www.eso.org.
ALMA дає змогу астрономам вивчати поляризоване радіовипромінювання від Стрільця A*, яке можна використовувати для виявлення магнітного поля чорної діри. Наукова група використала ці спостережні дані разом із теоретичними моделями, щоб дізнатися більше про формування гарячої цятки та навколишнє середовище, у якому вона міститься, зокрема магнітне поле навколо Стрільця A*. Нове дослідження накладає сильніші обмеження на форму цього магнітного поля, ніж результати попередніх спостережень, і допомагає астрономам розкрити природу нашої чорної діри та її оточення.
На мапі показано місце на зоряному небі, де лежить Стрілець A* — чорну діру позначено червоним колом у сузір’ї Стрільця. Ця мапа показує більшість зір, видимих неозброєним оком за хороших умов. Фото з сайту www.eso.org.
Спостереження підтверджують деякі з попередніх відкриттів, зроблених за допомогою інфрачервоного приймача GRAVITY, встановленого на Дуже великому телескопі (Very Large Telescope, VLT) ESO. Дані GRAVITY та ALMA свідчать — спалах походить із згустку газу, який обертається навколо чорної діри зі швидкістю, що становить приблизно 30% швидкості світла. Об’єкт рухається в небі навколо чорної діри за годинниковою стрілкою, при цьому його орбіта лежить майже в екваторіальній площині діри.
«У майбутньому ми зможемо відстежувати гарячі цятки на різних частотах, використовуючи скоординовані багатохвильові спостереження за допомогою як GRAVITY, так і ALMA — успіх такої спроби стане справжньою віхою для нашого розуміння фізики спалахів у центрі Галактики», — сказав Іван Марті-Відаль (Ivan Marti-Vidal) з Університету Валенсії в Іспанії, співавтор дослідження.
Наукова група також сподівається, що зможе прямо спостерігати за орбітальними згустками газу за допомогою EHT, щоб наблизитися до чорної діри та дізнатися більше про неї. «Сподіваюся, одного дня ми будемо задоволено говорити: нам “відомо”, що відбувається в Стрільці A*», — підсумував Вілґус.
За інф. з сайту www.eso.org підготував Іван Крячко
