Rozbłyski i Echa Monstrualnej Czarnej Dziury Drogi Mlecznej

Zespół naukowców dokonał przełomowych odkryć dotyczących supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej Galaktyki. Czarne dziury są niezwykle trudne do zbadania, głównie dlatego, że światło nie może uciec przed ich olbrzymią grawitacją. Naukowcy zazwyczaj wyciągają wnioski o ich właściwościach, obserwując wpływ grawitacyjny na pobliskie gwiazdy, emisje z otaczających je obłoków gazu i inne tego typu zjawiska.

Grace Sanger-Johnson i Jack Uteg, kierowani przez Shou Zhang, adiunkt na Wydziale Fizyki i Astronomii Michigan State University, opracowali innowacyjne metody analizy dziesięcioleci danych rentgenowskich z teleskopów kosmicznych, aby lepiej zrozumieć te kosmiczne zagadki.

Galaktyczne Fajerwerki

Sanger-Johnson przeanalizowała 10 lat danych w poszukiwaniu rozbłysków rentgenowskich z Sagittarius A* (Sgr A*), centralnej czarnej dziury Drogi Mlecznej, i odkryła dziewięć rozbłysków, które wcześniej pozostały niezauważone. Te dramatyczne wybuchy wysokoenergetycznego światła oferują wyjątkową okazję do zbadania bezpośredniego otoczenia czarnej dziury, zwykle niewidocznego z powodu jej niesamowitej grawitacji.

Sgr A* jest najbliższą Ziemi i najmniej aktywną supermasywną czarną dziurą. Dane z Sgr A* i jej rozbłysków to jedne z niewielu znanych sposobów badania fizycznego środowiska czarnej dziury. Sanger-Johnson skrupulatnie przeanalizowała dane zebrane przez teleskop rentgenowski NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) w latach 2015-2024. Zespoł stwierdził, że każdy z dziewięciu nowo odkrytych rozbłysków dostarcza bezcennych danych do zrozumienia środowiska i aktywności czarnej dziury.

"Mamy nadzieję, że dzięki budowaniu tego banku danych o rozbłyskach Sgr A*, my i inni astronomowie będziemy mogli analizować właściwości tych rozbłysków rentgenowskich i wnioskować o warunkach fizycznych panujących w ekstremalnym środowisku supermasywnej czarnej dziury," powiedziała Sanger-Johnson.

„Echa” Czarnej Dziury

Podczas gdy Sanger-Johnson skupiła się na rozbłyskach z Sgr A*, Uteg badał aktywność czarnej dziury, stosując technikę przypominającą analizę echa. Uteg przeanalizował prawie 20-letnie dane dotyczące olbrzymiego obłoku molekularnego znanego jako „Most” w pobliżu Sgr A*. W przeciwieństwie do gwiazd, obłoki gazu i pyłu w przestrzeni międzygwiazdowej nie generują własnego promieniowania rentgenowskiego. Jednak teleskopy rentgenowskie zaczęły odbierać fotony z Mostu, co zaintrygowało astronomów.

"Jasność, którą widzimy, jest najprawdopodobniej opóźnionym odbiciem wcześniejszych wybuchów promieniowania rentgenowskiego z Sgr A*," powiedział Uteg. Po raz pierwszy zaobserwowano wzrost jasności około 2008 roku. Następnie, przez kolejne 12 lat, sygnały rentgenowskie z Mostu nadal rosły, osiągając szczytową jasność w 2020 roku.

To „echo” światła z czarnej dziury podróżowało przez setki lat z Sgr A* do obłoku molekularnego, a następnie przebyło około 26 000 lat, zanim dotarło do Ziemi. Analizując to echo rentgenowskie, Uteg rozpoczął rekonstrukcję osi czasu przeszłej aktywności naszej czarnej dziury. W swojej analizie wykorzystał dane z NuSTAR oraz obserwatorium kosmicznego XMM-Newton.

"Jednym z głównych powodów, dla których zależy nam na tym, aby ten obłok stał się jaśniejszy, jest to, że pozwala nam to ustalić, jak jasny był wybuch Sgr A* w przeszłości," powiedział Uteg. Obliczenia wykazały, że około 200 lat temu Sgr A* była o około 5 rzędów wielkości jaśniejsza w promieniowaniu rentgenowskim niż obecnie.

Po raz pierwszy skonstruowano trwającą 24 lata zmienność jasności dla obłoku molekularnego otaczającego naszą supermasywną czarną dziurę. Zhang stwierdziła, że pozwala to określić przeszłą aktywność Sgr A* sprzed około 200 lat, a badania te będą kontynuowane.

Przyszłe Badania

Dokładne mechanizmy wyzwalające rozbłyski rentgenowskie i cykl życia czarnych dziur pozostają tajemnicą. Naukowcy z MSU są jednak przekonani, że ich odkrycia pobudzą dalsze badania i mogą zrewolucjonizować nasze zrozumienie tych enigmatycznych obiektów.