Zaglądamy w centrum Mlecznej Drogi

Mroczne serce naszej Galaktyki
Radioastronomowie uruchamiają teleskop wielkości Ziemi, który pozwoli im obejrzeć cień czarnej dziury istniejącej w centrum Drogi Mlecznej.
Gigantyczny radioteleskop zostanie skierowany w centrum naszej Galaktyki, w którym kryje się olbrzymia czarna dziura. Zanim to nastąpi, jej przewidywany wygląd prognozują teoretycy.
O.Straub/F.Vincent/M.Abramowicz/E.Gourgoulhon/T.Paumard/Archiwum

Gigantyczny radioteleskop zostanie skierowany w centrum naszej Galaktyki, w którym kryje się olbrzymia czarna dziura. Zanim to nastąpi, jej przewidywany wygląd prognozują teoretycy.

W przyszłym roku obok dziury w centrum Galaktyki przejdzie obłok międzygwiazdowy. Już ulega rozrywaniu. Białe punkty to gwiazdy. Niebieskie elipsy to ich orbity.
Marc Schartmann/ESO

W przyszłym roku obok dziury w centrum Galaktyki przejdzie obłok międzygwiazdowy. Już ulega rozrywaniu. Białe punkty to gwiazdy. Niebieskie elipsy to ich orbity.

Tak wyglądały pęcherze wydmuchiwane miliony lat temu przez centralną czarną dziurę Mlecznej Drogi. Widok z Ziemi.
Godard Space Flight Cenetr/NASA

Tak wyglądały pęcherze wydmuchiwane miliony lat temu przez centralną czarną dziurę Mlecznej Drogi. Widok z Ziemi.

Przez długie dziesięciolecia czarne dziury były tylko matematycznymi wariacjami na temat ogólnej teorii względności. Coraz liczniejsze obserwacje przemawiają jednak za ich realnością tak przekonująco, że ogromna większość astronomów przyznaje im dziś status pełnoprawnych obywatelek kosmosu. Media często opisują je jako bezlitosne pożeraczki wszystkiego, ale ta zła sława jest całkowicie nieuzasadniona. Gdyby w miejscu Słońca pojawiła się czarna dziura o takiej jak ono masie, planetom naszego układu nic by się nie stało: dalej krążyłyby regularnie po niezmienionych orbitach. Pożarcie grozi tylko temu, kto zabłądzi w pobliże dziury, gdzie przestaje obowiązywać fizyka klasyczna i Newton musi ustąpić Einsteinowi.

Kosmiczna populacja czarnych dziur wygląda dość dziwacznie: składa się niemal wyłącznie z karzełków i olbrzymów. Małe dziury, o masie od kilku do kilkunastu mas Słońca, są sprasowanymi przez grawitację resztkami wielkich gwiazd, które kończą ewolucję potężnym wybuchem supernowej. Każda duża galaktyka zawiera ich miliony. Nasza Droga Mleczna nie jest tu wyjątkiem, choć na razie astronomowie zidentyfikowali w niej tylko około 20 takich obiektów. Olbrzymie czarne dziury, których masy sięgają miliardów mas Słońca, występują wyłącznie w centrach dużych galaktyk i niemal zawsze są samotniczkami. Skąd tam się biorą i w jaki sposób osiągają takie rozmiary, na razie nie wiadomo.

Historia tych supermasywnych obiektów zaczęła się we wczesnych latach 60. od odkrycia dokonanego przez Maartena Schmidta, pochodzącego z Holandii astronoma amerykańskiego. Pracował on wtedy przy ówczesnym największym teleskopie świata na Mt Palomar, obserwując podobny do niezbyt jasnej gwiazdy obiekt o numerze katalogowym 3C273 (że nie jest to zwykła gwiazda, świadczyło dobiegające zeń silne promieniowanie radiowe). Bomba wybuchła, gdy astronomowi udało się zmierzyć jego prędkość: 3C273 uciekał od nas w tempie prawie 50 tys. km na sekundę! W naszym ekspandującym Wszechświecie, w którym prędkość oddalania się obiektu rośnie proporcjonalnie do odległości dzielącej go od obserwatora, 50 tys. km/s odpowiada dwóm miliardom lat świetlnych. Aby przy tak dużej odległości osiągnąć obserwowaną jasność, 3C273 musiał w ciągu sekundy emitować znacznie więcej energii niż cała Droga Mleczna.

Po kilku latach okazało się, że tajemniczy obiekt jest bardzo jasnym („aktywnym”) jądrem dalekiej galaktyki, której zewnętrzne części niemal całkowicie giną w jego blasku. Skatalogowano już wtedy wiele galaktyk wykazujących rozmaite przejawy aktywności, ale ciągle nie wiadomo było, skąd pochodzi wyzwalana w nich energia. Zagadkę tę rozwiązał w 1977 r. angielski astronom Michael Rowan-Robinson, przedstawiając potwierdzony później przez niezliczone obserwacje obraz, w którym „galaktycznym silnikiem” jest supermasywna czarna dziura, a „paliwem” – opadająca na nią materia międzygwiazdowa. Podczas opadania materia rozgrzewa się tak silnie, że do 30 proc. jej masy zamienia się na energię emitowaną we wszystkich zakresach fal elektromagnetycznych – od radiowego aż po promienie gamma (dla porównania – w taką energię zamienia się tylko 0,7 proc. masy ładunku bomby termojądrowej).

Superdziura

Ze swymi 200 miliardami gwiazd Droga Mleczna zalicza się do galaktyk dużych. Pozwalało to przypuszczać, że i ona ma supermasywną czarną dziurę. Niestety, próby sprawdzenia tych domysłów za pomocą zwykłych teleskopów były z góry skazane na niepowodzenie. Centrum Drogi Mlecznej leży w tle gwiazdozbioru Strzelca w odległości 25 tys. lat świetlnych od Ziemi. Biegnące stamtąd światło widzialne grzęźnie w zwałach materii międzygwiazdowej i zanim do nas trafi, zostaje osłabione aż kilka miliardów razy. Żeby za tą zasłoną cokolwiek zobaczyć, trzeba prowadzić obserwacje na falach radiowych, w podczerwieni lub zakresie rentgenowskim i gamma.

W 1974 r. radioastronomowie odkryli w Strzelcu radioźródło przypominające właściwościami 3C273, lecz o wiele od niego słabsze, któremu nadali nazwę SgrA* (Sagittarius A star). Na jednoznaczną identyfikację tego obiektu było oczywiście za wcześnie (Rowan-Robinson miał ogłosić swoją hipotezę dopiero trzy lata później), ale trop okazał się właściwy. Kilkanaście lat później za pomocą instrumentów czułych na podczerwień odkryto w centrum Drogi Mlecznej gromadę gwiazd, które poruszają się z prędkościami sięgającymi 5 tys. km/s. Śledząc ich ruchy, astronomowie doszli do wniosku, że obiegają one niewidoczny obiekt o masie około 4 mln mas Słońca. Gdy zlokalizowano jego położenie, wyznaczając wspólne ognisko wszystkich gwiazdowych orbit, okazało się, że w tym samym miejscu tkwi SgrA*.

Tajemnicze radioźródło nie poruszało się prawie wcale, zdradzając tym samym, że to właśnie ono jest źródłem grawitacji, zmuszającej gwiazdy do biegania w kółko. Miało też niewielkie w skali kosmicznej rozmiary, co stwierdzono obserwując gwiazdę, która na oczach astronomów przeszła obok niego w odległości 120 promieni orbity Ziemi i spokojnie oddaliła się, nie doznając żadnego uszczerbku. Nie wystarczało to jednak, by uznać SgrA* za czarną dziurę.

Granicą czarnej dziury, rozumianej jako obszar czasoprzestrzeni, z którego nic (nawet światło) nie może się wydostać, jest tzw. horyzont zdarzeń, najczęściej nazywany po prostu horyzontem. Promień horyzontu najprostszej (nierotującej) dziury o masie 4 mln mas Słońca jest równy 0,08 promienia orbity Ziemi, i pewność co do natury SgrA* można było zdobyć dopiero po zaobserwowaniu struktur o takich właśnie rozmiarach. Obiekt wielkości 0,08 promienia orbity Ziemi widać z odległości 25 tys. lat świetlnych pod kątem 10 mikrosekund łuku. Mniej więcej takie same rozmiary kątowe miałoby ziarnko piasku na plaży Copacabana w Rio de Janeiro, gdyby dało się je zobaczyć z Warszawy.

Wprawdzie efekty związane z uginaniem promieni świetlnych w polu czarnej dziury mogą sprawić, że obserwowany horyzont zwiększa się nawet trzykrotnie, ale i tak badanie takiego drobiazgu wydaje się beznadziejne. Aby uzyskać rozdzielczość wystarczającą do obserwacji SgrA* w podczerwieni, musielibyśmy dysponować teleskopem o rozmiarach sporego miasta, a w zakresie radiowym – radioteleskopem wielkości całej naszej planety. O ile jednak podczerwonego teleskopu wielkości Radomia zbudować się nie da, o tyle radioteleskopy wielkości Ziemi już działają. Nie są to, oczywiście, pojedyncze przyrządy, lecz całe ich sieci, w których sygnały uzyskiwane z poszczególnych anten są składane elektronicznie w jeden radiowy obraz.

Czytaj także

Aktualności, komentarze

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną