Zgodnie z fizyką teoretyczną i od dawna przyjętym rozumieniem ewolucji galaktyk, gdy czarne dziury pochłaniają materię, powinny wytwarzać wiatry lub dżety – zwracają uwagę naukowcy z Northwestern University.

Jak tłumaczą, nawet niewielka ilość gazu opadającego na czarną dziurę powinna wygenerować wystarczająco dużo energii, by wypychać materię na zewnątrz. Gdyby centralna czarna dziura Drogi mlecznej – Sagittarius A* (Sgr A*) – nie wytwarzała wiatru, byłaby pod tym względem wyjątkiem. Dotąd, mimo 50 lat poszukiwań, takiego wiatru jednak nie znaleziono.

Badaczom się to udało dzięki najdokładniejszemu jak dotąd obrazowi tego, jak Sgr A* oddziałuje z otaczającym ją środowiskiem.

– Jeśli czarna dziura nie znajduje się w doskonałej próżni, musi w jakiś sposób wytwarzać wiatr. Jednak we Wszechświecie nie ma doskonałej próżni. Dzięki nowym obserwacjom po raz pierwszy uzyskaliśmy obraz wystarczająco czysty, by dostrzec jego ślad. Spojrzeliśmy na dane i powiedzieliśmy: »To jest to. To właśnie rzecz, której wszyscy szukali od 50 lat« – mówi Mark Gorski z Northwestern University, autor pracy opublikowanej w piśmie „The Astrophysical Journal Letters”.

– Jako pierwsi pokazaliśmy, że gaz molekularny znajdujący się bardzo, bardzo blisko czarnej dziury ją zasila. Wiatr nie jest silny, a jego kierunek prawdopodobnie zmienia się z czasem. Pokazuje to, że nasza czarna dziura nie jest wyjątkowa, a nasze miejsce we Wszechświecie również nie jest wyjątkowe – dodaje Elena Murchikova także z Northwestern University.

Otwiera to także nowe okno na fizykę procesów zachodzących w centrum Drogi Mlecznej. Badacze, nakreślając wyzwanie, przed którym stanęli, wyjaśniają, że choć czarne dziury słyną z pochłaniania wszystkiego, co zbliży się do nich zbyt mocno, to nie tylko wciągają materię, ale także ją wypychają.

Od dekad teoretycy przewidują, że wszystkie aktywnie zasilane czarne dziury wytwarzają potężne wypływy. Otóż, gdy materia spiralnie opada ku czarnej dziurze, porusza się coraz szybciej, aż osiąga prędkości bliskie prędkości światła. Powstaje wówczas wystarczająco dużo energii i ciśnienia, by wyrzucić część gorącej, szybko poruszającej się materii na zewnątrz w postaci wiatrów lub dżetów. Chociaż astronomowie dostrzegli ślady dawnych erupcji Sgr A*, mieli trudności z wykryciem obecnie zachodzących wypływów.

Zespół z Northwestern twierdzi, że prawdopodobnie wynika to z faktu, iż Sgr A* znajduje się w spokojniejszej fazie i jest po prostu niezwykle trudna do zaobserwowania. – Aby obserwować naszą czarną dziurę, musimy patrzeć przez płaszczyznę naszej. Oznacza to, że musimy zaglądać przez gaz, pył i zjonizowane struktury, a przez to wszystko naprawdę trudno coś wyraźnie zobaczyć – tłumaczy Murchikova.

Naukowcy wykorzystali pięcioletnie głębokie obserwacje wykonane za pomocą sieci radioteleskopów Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). W ten sposób powstał najostrzejszy jak dotąd obraz zimnego gazu molekularnego otaczającego czarną dziurę. Udało się zarejestrować gaz znajdujący się niezwykle blisko Sgr A* – w odległości zaledwie około trzech lat świetlnych, od czarnej dziury. Następnie usunięto jasne sygnały radiowe pochodzące od czarnej dziury.

Naukowcy podkreślają, że uzyskany obraz jest sto razy głębszy i osiemdziesiąt razy ostrzejszy niż wcześniejsze mapy tego regionu. Dzięki temu ujawnił struktury, które we wcześniejszych obserwacjach były całkowicie niewidoczne. Szczególną uwagę badacze zwróciła pewna struktura – rozległa, stożkowata pustka mierząca prawie jeden parsek długości (1 pc jest równy w przybliżeniu 3,26 roku świetlnego) i 45 stopni szerokości. Była pozbawiona zimnego gazu molekularnego.

Zdaniem badaczy taki wydrążony obszar mógł powstać jedynie pod wpływem gorącego, energetycznego wiatru wiejącego. Tam, gdzie dociera gorący wiatr, skutkiem jego działania jest to, że albo wymiata zimny gaz, albo go ogrzewa, przez co staje się on niewidoczny.

– To ogromny ubytek materii. Obliczyliśmy, ile energii było potrzebne do utworzenia tej pustki. To więcej, niż mogą dostarczyć gwiazdy w tym rejonie. Zasadniczo musi więc istnieć wkład ze strony supermasywnej czarnej dziury. A jeśli prześledzić kształt stożka, widać, że jest on skierowany dokładnie na czarną dziurę – mówi Gorski.

Swoje wnioski naukowcy dodatkowo potwierdzili analizując dane pochodzące z Chandra X-ray Observatory NASA. – Nadzwyczajne twierdzenia wymagają nadzwyczajnych dowodów. Chcieliśmy się upewnić, że nie patrzymy po prostu na jakiś artefakt obrazowania. Wtedy obraz rentgenowski z Chandry idealnie wpasował się w całość. Struktury molekularne pokryły się z nim – podsumowuje prof. Gorski.

– Kiedy znajdujesz coś, czego nikt wcześniej nie widział, pierwsza myśl, jaka przychodzi ci do głowy, nie brzmi „O mój Boże, dokonaliśmy odkrycia”. Brzmi raczej: „O mój Boże, co jest nie tak z moją analizą?”. Ale kiedy nałożyliśmy nasz obraz na obraz rentgenowski, wszystko zaczęło nabierać sensu - dodaje Murchikova.

Marek Matacz (PAP)

mat/ bar/