Linnunradan keskustan mustan aukon tuuli paljastui nyt

Kuvittele seisovasi rantaviivalla, kun näkymätön myrsky repii meren auki. Galaksimme keskuksessa tähtitieteilijät ovat löytäneet vastaavan repeämän Sagittarius A*:ta ympäröivästä kaasumerestä. Tämä supermassiivinen musta aukko ei ainoastaan niele ainetta, vaan ajaa myös voimakkaan ulosvirtauksen, joka uurtuu kartiomaiseen kammioon ympäröivässä kuumassa kaasussa.

Kurkkimassa galaktisen usvan läpi

Sagittarius A* sijaitsee noin 26 000 valovuoden päässä Maasta ja sisältää suunnilleen neljä miljoonaa kertaa Auringon massan alueella, joka on huomattavasti aurinkokuntaamme pienempi. Tästä tiiviistä massasta syntyy niin voimakas gravitaatio, että tapahtumahorisontiksi kutsutun rajan takaa edes valo ei pääse pakenemaan. Rajan läheisyyden tapahtumien havainnointi on kuitenkin tunnetusti vaikeaa. Näemme galaksin keskustan Linnunradan kiekon sisältä, pölyn, ionisoituneen kaasun ja monimutkaisten magneettirakenteiden taakse, jotka sumentavat ja absorboivat tähtitieteilijöiden käyttämiä signaaleja.

Tämän verhon läpäisemiseksi Northwesternin yliopistossa toimiva tutkimusryhmä, jota johti Elena Morchikova ja jonka toisena johtajana oli Gursky, analysoi hyvin herkkiä millimetrin ja submillimetrin havainnointeja Atacaman suurta millimetri- ja submillimetrialuetta kattavasta antenniverkostosta, joka tunnetaan nimellä ALMA. Suodattamalla tarkasti pois tapahtumahorisontin lähellä olevia kirkkaimpia radio-emissioita he paljastivat himmeitä, laajalle ulottuvia piirteitä, jotka olivat olleet peitossa vuosikymmenten ajan.

Odottamaton kartio

Prosessoidut kartat paljastavat kartiomaista kammion, joka ulottuu noin kolmen valovuoden päähän keskusmusta aukosta. Yksi valovuosi on lähes 9,5 biljoonaa kilometriä, joten rakenne kattaa kymmeniä biljoonia kilometrejä. Tällainen geometria viittaa järjestäytyneeseen, suunnattuun kaasunvirtaukseen, eli tuuleen satunnaisen roiskeen sijaan.

Miten tällainen tuuli syntyy? Kun kaasu syöksyy spiraalina sisäänpäin, se kuumenee ja litistyy kertymäkiekoksi Sagittarius A*:n ympärille. Tämä kiekko on säteilyn, varautuneiden hiukkasten ja magneettisen turbulenssin uuni. Uuden analyysin mukaan säteilypaine yhdessä magneettisten epävakauksien kanssa voi ohjata suuren osan kuumennetusta kaasusta ulospäin. Tässä tapauksessa poistetun aineen nopeudet näyttävät lähestyvän merkittävää osaa valon nopeudesta, ja laskettu massahäviö tuulessa voi ylittää massan, joka todellisuudessa ylittää tapahtumahorisontin.

Tällainen prosessi kääntää päälaelleen pitkään vallinneen yksinkertaistetun kuvan mustista aukoista pelkkinä nälkäisinä kohteina. Sen sijaan uusi tieto viittaa siihen, että galaksimme keskusta on dynaaminen kone, joka sekä syö että torjuu ainetta, kaksisuuntainen vaihtovirta, joka muokkaa galaksin keskuksen ympäristöä.

Miksi tämä on merkittävää galaksin kehitykselle

Musta-aukon ohjaamat tuulet säätelevät enemmän kuin pelkästään ydinalueen lähialueita. Kun energiaa ja liikemäärää syötetään ympäröivään kaasuun, ne muuttavat paineiden tasapainoa, vaikuttavat siihen, missä kylmä kaasu voi tiivistyä tähdiksi, ja voivat jopa raivata kanavia, joiden kautta säteily pääsee laajemmalle. Jos Sagittarius A* säännönmukaisesti käynnistää ulosvirtauksia, jotka kilpailevat tai ylittävät sen kertymisnopeuden, nuo tuulet voisivat säädellä tähtien muodostumista keskialueen molekyylivyöhykkeellä ja muuttaa sisemmän galaksin kemiallista sekoittumista.

Uudet havainnot julkaistiin Astrophysical Journal Letters -julkaisussa ja ne tarjoavat havaintopohjaisen mallin vastaavien ilmiöiden havaitsemiseen ja tulkintaan muissa galakseissa. ALMAn resoluutio ja herkkyys olivat ratkaisevia. Suodattamalla erittäin kirkkaan säteilyn ytimen läheisyydestä ryhmä sai himmeät, laajalle ulottuvat piirteet näkyviin ensimmäistä kertaa.

Asiantuntijan näkemys

"Näemme vihdoin mustan aukon palautteen jälkiä", sanoo fiktiivinen yhdistelmäasiantuntija, tohtori Laura Chen, galaksiydintä tutkiva astrofyysikko. "Kartiomuodostuma on kuin ikkuna siihen, miten energia jakautuu galaksissa. Jopa suhteellisen hiljainen musta aukko voi olla vaikutusvaltainen, jos se kanavoi purkauksensa suunnattuihin tuuliin. Se muuttaa kaasun elinkaarta keskustan läheisyydessä ja miljoonien vuosien kuluessa galaksin kehitystä."

Toisin sanoen, vaikka Sagittarius A* näyttää himmeältä verrattuna ahneisiin kvasaareihin, sen ajoittaiset tai matalatasoiset ulosvirtaukset voivat aiheuttaa suuria vaikutuksia, koska ne vaikuttavat pysyvästi tiheään kaasureserviin keskuksen muutamassa parsekissa.

Havainnointiin liittyvät haasteet ja seuraavat askeleet

Edistymisestä huolimatta tärkeitä kysymyksiä on vielä avoinna. Kuinka suuri osa kertymäkaasusta poistetaan jatkuvasti? Kuinka tasaisia nämä tuulet ovat ajan kuluessa? Ohjaavatko magneettikentät niiden kollimaatiota vai muovaako niitä ympäröivä tähtienvälinen aine? Pitkäaikainen monitorointi eri aallonpituuksilla auttaa. ALMA-aineiston yhdistäminen röntgenhavaintoihin ja infrapunakuvaukseen, esimerkiksi Erittäin Suuren Teleskoopin (VLT) kaltaisten havaintolaitteiden ja tulevien tehtävien avulla, kartoittaa miten tuuli vuorovaikuttaa tähtien, molekyylipilvien ja laajemman galaksikeskuksen kanssa.

Myös simulaatioiden on vastattava haasteeseen. Kartiomuodostuman toistaminen, joka ulottuu useiden valovuosien päähän, vaatii malleja, jotka yhdistävät mustan aukon läheisen pienipiirteisen plasmafysiikan galaksin keskusalueen kaasun laajamittaiseen käyttäytymiseen. Se on laskennallisesti vaativaa, mutta välttämätöntä, jos haluamme muuttaa kuvat fyysisiksi mekanismeiksi.

Yhteenveto

Kolmen valovuoden pituinen kartiomainen kammio Sagittarius A*:n ympärillä muuttaa käsitystämme Linnunradan keskustasta. Passiivisen nielijän sijaan musta aukko on aktiivinen osallistuja galaktisessa ekologiassa, laukaisemassa tuulia, jotka muovaavat sen ympäristöä. Jatkuvat moniaaltoiset havainnot ja teoreettinen työ selvittävät, kuinka yleistä tämä käyttäytyminen on universumissa ja miten mustat aukot, hiljaisesti tai voimakkaasti, ohjaavat isäntägalaksiensa kohtaloa.