Co się dzieje w centrum Drogi Mlecznej? Naukowcy odkryli, co zasila Sagittarius A*

Nowe badania ujawniają, że tajemnicze obłoki gazu w centrum naszej Galaktyki mogą pochodzić z układu podwójnego gwiazd. To odkrycie rzuca nowe światło na to, jak zasilana jest czarna dziura Sagittarius A* i może zmienić rozumienie ewolucji galaktyk.

Skąd biorą się tajemnicze obłoki gazu?

W ramach nowego badania naukowcy z Max Planck Society odkryli, że masywny układ podwójny gwiazd w pobliżu centrum Drogi Mlecznej jest odpowiedzialny za powstawanie zagadkowych obłoków gazu – zwartych jego kłębów, które pomagają zasilać supermasywną czarną dziurę Sagittarius A*. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Astronomy & Astrophysics”.

Jak opisują astronomowie, centrum Drogi Mlecznej jest niezwykle gęstym i dynamicznym obszarem. W jego sercu znajduje się supermasywna czarna dziura Sagittarius A*, otoczona przez gwiazdy, gaz i pył poruszające się pod wpływem jej grawitacji. Obserwując ten obszar, naukowcy mogą lepiej zrozumieć zachowanie materii w pobliżu tych masywnych obiektów oraz sposoby, w jakie są one zasilane nowym materiałem.

W ciągu ostatnich 20 lat astronomowie odkryli kilka zwartych obłoków gazu w pobliżu Sagittariusa A* przy użyciu obserwacji w podczerwieni. Te „kłęby” są wskazówkami pomagającymi badaczom zrozumieć, w jaki sposób gaz może ostatecznie dotrzeć do czarnej dziury. Dotychczas jednak naukowcy dokładnie nie wiedzieli, skąd one pochodzą oraz jakie procesy fizyczne je kształtują.

Źródło obłoków w centrum Drogi Mlecznej

W 2012 roku astronomowie zidentyfikowali pierwszy zwarty, zjonizowany obłok gazu nazwany G2. Miał on masę kilku Ziem i emitował światło pochodzące od wodoru i helu, typowe dla gorącego, zapylonego gazu. G2 poruszał się po wydłużonej orbicie wokół Sagittariusa A* i wykazywał słabą strukturę ogona, oznaczoną jako G2t. Ponowna analiza wcześniejszych obserwacji ujawniła podobny obiekt – G1 – poruszający się po zbliżonej orbicie.

G1, G2 i G2t zostały uznane za gęstsze fragmenty wspólnego strumienia gazu. Umiarkowane fluktuacje gęstości mogły prowadzić do „kłębiastego” wyglądu, ponieważ jasność obłoku rosła proporcjonalnie do kwadratu jego gęstości. Niedawno astronomowie odkryli, że gaz z ogona G2 skondensował się w trzecią zwartą grudkę poruszającą się po podobnej trajektorii, którą określono jako G3. Razem tworzą one spójną strukturę – strumień G1–2–3 – znajdującą się w centrum Galaktyki.

Obliczenia pokazują, że opadanie jednej takiej grudki, o masie zbliżonej do masy Ziemi, co dekadę może dostarczyć wystarczającą ilość materii do podtrzymania obecnie obserwowanej aktywności Sagittariusa A*. Zdaniem naukowców zrozumienie powstawania tych obłoków jest więc kluczowe dla wyjaśnienia, jak czarna dziura jest zasilana.

Badacze zaproponowali kilka możliwych wyjaśnień: wiatry gwiazdowe masywnych gwiazd, gwałtowne zjawiska takie jak nowe lub rozrywanie gwiazd przez Sagittariusa A*. Aby to sprawdzić, astronomowie wykorzystali spektrografy SINFONI i ERIS zamontowane na Very Large Telescope. Naukowcy skupili się na linii emisyjnej wodoru Brackett-γ (hydrogen Brackett gamma emission) oraz odtworzyli orbity tych trzech obłoków na podstawie ich położenia i prędkości.

Analizy wykazały, że G1, G2 i G2t poruszają się po orbitach o niemal identycznej orientacji i kształcie. Zdaniem badaczy prawdopodobieństwo, że trzy niezależne obiekty mają tak specyficzne parametry orbitalne, jest znikome. Wskazuje to na wspólne pochodzenie wszystkich trzech obłoków.

Układ podwójny gwiazd kluczem do zagadki

Śledząc ruchy i prędkość strumienia gazu w przestrzeni, badacze wskazali możliwe źródło – masywny układ podwójny gwiazd IRS 16SW, znajdujący się w dysku młodych gwiazd krążących wokół Sagittariusa A*. Niewielkie różnice między orbitami obłoków G można wyjaśnić ruchem orbitalnym samego układu podwójnego.

Symulacje dodatkowo potwierdziły ten wniosek. Pokazują one, że kłęby gazu mogą powstawać tam, gdzie wiatry gwiazdowe z układu podwójnego zderzają się z otaczającym ośrodkiem, tworząc falę uderzeniową. W tych miejscach gaz gromadzi się i ulega kompresji, a następnie odrywa się jako pojedyncze kłęby, które przemieszczają się do wewnątrz – tak jak obserwuje się w strumieniu G1–2–3.

Dlaczego to odkrycie jest tak ważne?

Wyniki te sugerują, zdaniem astronomów, że wiatry gwiazdowe masywnych gwiazd w centrum Galaktyki mogą stale dostarczać materię do czarnej dziury. Łączy to ewolucję gwiazd, dynamikę gazu i proces zasilania czarnej dziury w jeden spójny obraz – pokazując, jak powstawanie gwiazd i wzrost czarnych dziur mogą być powiązane nawet w naszej Galaktyce.

Emil Gołoś