Černá díra naší Galaxie se rozzářila způsobem, který jsme ještě neviděli

Mezinárodnímu týmu vědců, včetně několika astronomů z CfA (Center for Astrophysics Harvard & Smithsonian), se poprvé v historii podařilo detekovat vzplanutí ve středním infračerveném pásmu u Sgr A*. Umělecké ztvárnění vzplanutí ve středním infračerveném pásmu v Sgr A* zachycuje zdánlivý pohyb vzplanutí, jak se nabité elektrony spirálovitě pohybují podél magnetických siločar supermasivní černé díry a zvyšují jeho intenzitu. Tyto změny nebo proměnlivost intenzity jsou známé jako synchrotronová emise.

Umělecká představa vzplanutí ve středním infračerveném pásmu u supermasivní černé díry Sagittarius A* (Sgr A*) v naší Galaxii zachycuje proměnlivost neboli měnící se intenzitu vzplanutí v závislosti na tom, jak se k sobě přibližují magnetické siločáry černé díry. Vedlejším produktem této magnetické rekonexe je synchrotronová emise. Emise pozorovaná ve vzplanutí se zesiluje, když se nabité elektrony pohybují podél magnetických siločar supermasivní černé díry (SMBH) rychlostí blízkou rychlosti světla.

Tým vědců pod vedením astronomů z Centra pro astrofyziku Harvard & Smithsonian (CfA) poprvé pomocí vesmírného dalekohledu Jamese Webba (JWST) detekoval vzplanutí ve střední infračervené oblasti (mid-IR) od supermasivní černé díry (SMBH) v srdci naší Galaxie. Při souběžných pozorováních tým nalezl opožděný rádiový protějšek vzplanutí.

Vědci aktivně pozorují Sgr A* – SMBH o hmotnosti zhruba 4 miliony hmotností Slunce – od počátku 90. let 20. století. Sgr A* pravidelně vykazuje erupce, které lze pozorovat na více vlnových délkách, což vědcům umožňuje vidět různé pohledy na tutéž erupci. Tato vlastnost jim také pomáhá pochopit, jakým způsobem erupce vyzařuje a v jakých časových intervalech k nim dochází. Navzdory dlouhé historii úspěšných pozorování, včetně snímkování této vesmírné obludy dalekohledem Event Horizon Telescope v roce 2022, jeden zásadní dílek skládačky – pozorování ve středním infračerveném pásmu – dosud chyběl.

Infračervené světlo má delší vlnové délky než viditelné světlo, ale kratší než rádiové záření. Střední infračervené záření umožňuje astronomům pozorovat jevy, jako jsou například erupce, které je často obtížné pozorovat v jiných vlnových délkách kvůli neprostupnému prachu. Až do nedávné studie se žádnému týmu dosud nepodařilo úspěšně detekovat proměnlivost Sgr A* ve středním infračerveném pásmu, což zanechávalo mezeru v chápání příčin vzniku erupcí a otázky, zda jsou jejich teoretické modely úplné.

„Vzplanutí Sgr A* se vyvíjí a mění rychle, během několika hodin, a ne všechny tyto změny lze pozorovat na všech vlnových délkách,“ řekl Joseph Michail, jeden z hlavních autorů článku a postdoktorand NSF Astronomy and Astrophysics na Smithsonian Astrophysical Observatory, která je součástí CfA. „Již více než 20 let víme, co se děje v rádiovém a blízkém infračerveném oboru (NIR), ale souvislost mezi nimi nebyla nikdy stoprocentně jasná. Toto nové pozorování ve střední infračervené oblasti tuto mezeru vyplňuje.“

Vědci si nejsou stoprocentně jisti, co je příčinou erupcí, a proto se spoléhají na modely a simulace, které porovnávají s pozorováními a snaží se pochopit příčinu. Mnohé simulace naznačují, že vzplanutí v Sgr A* jsou způsobena interakcí magnetických siločar v turbulentním akrečním disku SMBH. Když se dvě magnetické siločáry k sobě přiblíží, mohou se vzájemně spojit a uvolnit velké množství své energie. Vedlejším produktem této magnetické rekonexe je synchrotronová emise. Emise pozorovaná ve vzplanutí zesiluje, protože nabité elektrony se pohybují podél magnetických siločar SMBH rychlostí blízkou rychlosti světla.

Joseph Michail řekl: „Protože střední infračervená oblast leží mezi submilimetrovou a NIR oblastí, skrývala tajemství o úloze elektronů, které se musí ochladit, aby uvolnily energii pro pohon erupcí. Naše nová pozorování jsou v souladu se stávajícími modely a simulacemi, což nám dává další pádný důkaz na podporu teorie o tom, co stojí za vzplanutími.“

Další část příběhu doplnila souběžná pozorování pomocí Submillimeter Array (SMA) – zařízení CfA, rentgenové observatoře NASA Chandra a jaderného spektroskopu NASA NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array). Během pozorování v rentgenovém oboru nebyla detekována žádná erupce, pravděpodobně proto, že tato konkrétní erupce neurychlila elektrony na tak vysoké energie jako některé jiné erupce. Tým však dosáhl úspěchu, když se obrátil na SMA, která detekovala erupci, jež se opozdila zhruba o 10 minut za erupcí ve středním infračerveném pásmu.

„Náš výzkum naznačuje, že může existovat souvislost mezi pozorovanou proměnlivostí v oblasti submilimetrového záření a pozorovanou emisí MIR záblesků,“ řekl Sebastiano D. von Fellenberg, postdoktorand na Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) a hlavní autor nového článku. Dodal, že výsledky podtrhují důležitost rozšíření studia více vlnových délek nejen u Sgr A*, ale i dalších SMBH, jako je M87*, aby bylo možné získat jasnou představu o tom, co se skutečně děje v jejich akrečním disku i mimo něj.

„Ačkoliv naše pozorování naznačují, že střední infračervené záření Sgr A* skutečně pochází ze synchrotronového záření chladnoucích elektronů, je třeba pochopit více o magnetické rekonexi a turbulenci v akrečním disku Sgr A*,“ řekl von Fellenberg. „Tato vůbec první detekce ve středním infračerveném pásmu a proměnlivost pozorovaná pomocí SMA nejen zaplnila mezeru v chápání toho, co způsobilo vzplanutí v Sgr A*, ale také otevřela nový směr důležitého zkoumání.“

Michail dodal: „Stále potřebujeme zjistit, jaká další tajemství skrývá Sgr A*, která může odhalit střední infračervená oblast. Co skutečně stojí za proměnným vyzařováním erupce? V oblasti této černé díry je uloženo obrovské množství znalostí, které čekají, až se k nim dostaneme.“

Nová pozorování byla představena na tiskové konferenci v rámci 245. sborníku Americké astronomické společnosti (AAS) v National Harbor v Marylandu a byla přijata k publikaci v časopise Astrophysical Journal Letters.

Zdroj: https://www.cfa.harvard.edu/news/scientists-make-first-ever-detection-mid-ir-flares-sgr

autor: František Martinek