Oamenii de știință spun că au găsit dovezi ale unui vânt cosmic provenind de la o gaură neagră supermasivă din centrul galaxiei noastre, Calea Lactee. Dovezile ar putea rezolva unul dintre cele mai vechi mistere din astronomie. Sagittarius A*, o gaură neagră gigantică cu o masă de aproximativ 4 milioane de sori, a nedumerit comunitatea științifică timp de peste 50 de ani. Legile fizicii dictează că, la fel ca toate găurile negre, obiectul nu ar trebui doar să consume materie, ci și să expulzeze o parte din ea sub formă de vânt sau jeturi. Cu toate acestea, Sagittarius A* a fost ciudat de liniștită, scrie CNN.
În ciuda deceniilor de căutări, oamenii de știință au putut aduna doar indicii ale erupțiilor de vânt care datează de peste 20.000 de ani, dar niciuna mai recentă.
„Aceasta este cea mai apropiată și mai bine studiată gaură neagră a noastră. Este cea pe care o putem rezolva și putem vedea toată fizica din jurul ei și totuși nu părea să aibă vânt. Fiecare gaură neagră din univers se comportă într-un fel anume, dar cea care este cea mai apropiată de noi este diferită. Aceasta a fost o problemă uriașă”, a spus Mark Gorski, profesor asistent de cercetare la Universitatea Northwestern din Evanston, Illinois.
Acum, după cinci ani de observații, Gorski și Lena Murchikova, profesor asistent de fizică și astronomie la Northwestern, cred că au găsit semne ale vântului lipsă. Cei doi au creat o imagine extrem de detaliată a zonei înconjurătoare a găurii negre. În imagine, Gorski și Murchikova au observat o cavitate mare, în formă de con, lipsită de gaz rece.
Caracteristica stelei ar fi putut fi sculptată doar de un vânt de gaz fierbinte provenit direct de la obiect, potrivit cercetătorilor, co-autori principali ai unui studiu despre descoperire, publicat pe 4 iunie în revista The Astrophysical Journal Letters.
„Vântul găurii negre acționează ca un uscător de păr. Suflă aer turbulent fierbinte într-un material mai rece și mai dens, precum părul ud. Vântul este suficient de cald și puternic pentru a încălzi și a elimina apa din părul ud și a-l mișca puțin, dar nu suficient de puternic pentru a-l sufla complet de pe cap”, a explicat Gorski.
În mod similar, gazul fierbinte din vântul găurii negre a lăsat o semnătură clară prin îndepărtarea gazului rece din jur, sugerează studiul.
Oamenii de știință au observat anterior fluxuri similare, atât sub formă de jeturi compacte, cât și de vânturi largi, provenite de la găurile negre supermasive din centrele altor galaxii. Aceste fluxuri reprezintă o parte esențială a modului în care o gaură neagră pompează energie în galaxia gazdă și îi reglează creșterea, potrivit lui Christopher Reynolds, profesor de astronomie la Universitatea din Maryland, College Park, care nu a fost implicat în studiu.
„Aceste fluxuri s-au dovedit a fi foarte evazive atunci când ne uităm la propria noastră gaură neagră supermasivă - până acum. Acest studiu prezintă un caz destul de convingător conform căruia un vânt din gaura neagră supermasivă a galaxiei noastre a împins spre exterior praful și gazul din jur. Nu au văzut vântul în sine, dar prezența sa este destul de clară. Acest lucru a necesitat o analiză foarte atentă a aproape 5 ani de date de la cel mai sensibil radiotelescop din lume, o adevărată demonstrație de forță”, a explicat el.
Un vânt mai slab
Găurile negre sunt obiecte astronomice cu o gravitație atât de puternică încât nici măcar lumina nu le poate scăpa. Majoritatea galaxiilor mari au o gaură neagră supermasivă centrală, de până la miliarde de ori mai mare decât masa soarelui nostru. Găurile negre mai mici sunt rămășițele unor stele mari moarte, dar originea celor supermasive este puțin înțeleasă.
Nimic nu poate scăpa de pragul găurii negre, numit orizontul evenimentelor. Cu toate acestea, materialul care se învârte în jurul găurii negre se poate încălzi și străluci din cauza frecării și a forțelor mareice, emițând unde radio și raze X. Când gaura neagră se hrănește cu gaz, obiectul eliberează particule sub formă de vânt sau jeturi care se mișcă aproape cu viteza luminii, călătorind până la mii de ani-lumină în spațiu. Un an-lumină este distanța pe care lumina o parcurge într-un an, adică 9,46 trilioane de kilometri.
Folosind radiotelescoapele Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA) din Chile, Gorski și Murchikova au creat cea mai detaliată hartă realizată vreodată a gazului rece din jurul obiectului Sagittarius A* și apoi au eliminat toate interferențele radio de la acesta. Ceea ce a mai rămas a arătat o cavitate lungă de aproximativ 3 ani-lumină și cu un unghi de deschidere de 45 de grade, care ducea înapoi la gaura neagră.
Cercetătorii au folosit apoi Observatorul de raze X Chandra al NASA pentru a confirma că gazul rece din regiune era modelat de plasma fierbinte, sau gaz încărcat electric, provenind din centrul galactic.
„Dacă gazul rece s-ar afla în fața sau în spatele plasmei fierbinți, nu ar exista o corelație puternică. Deși nu am detectat direct particulele care se mișcau în vânt, am reușit să deducem direcția și energia vântului”, a spus Gorski.
Există două motive principale pentru care descoperirea prezenței vântului a durat mai mult de o jumătate de secol, încă de când Sagittarius A* a fost observată pentru prima dată în anii 1970, potrivit lui Gorski.
Primul este că instrumentele au devenit abia acum suficient de avansate pentru a vedea prin gazul și praful care se află între Pământ și centrul galaxiei noastre. Celălalt motiv este că Sagittarius A* se află într-o perioadă de liniște, ceea ce face ca vântul să fie mai slab și, prin urmare, mult mai greu de observat. Este obișnuit ca găurile negre supermasive să alterneze între perioade active și liniștite, în funcție de aprovizionarea cu material din jurul lor.
„Rezultatul nostru spune, în esență, că și această gaură neagră are vânt, deci nu este ciudată, iar fizica găurilor negre în general funcționează așa cum ne așteptam/ Dar vântul a fost greu de găsit pentru că era atât de slab. Niciodată înainte nu am mai văzut un vânt slab provenit de la o gaură neagră”, a spus Murchikova.
Observațiile efectuate asupra găurilor negre supermasive din alte galaxii au relevat jeturi extrem de puternice, dar astfel de evenimente sunt rare, a adăugat Murchikova. De cele mai multe ori, găurile negre se află într-o stare liniștită și suflă doar o briză ușoară, care este mai greu de observat deoarece „nu ies artificii”.
Cercetătorii intenționează acum să extindă harta gazului rece la o regiune mai mare pentru a diagnostica impactul complet al vântului. Echipa dorește, de asemenea, să realizeze un „film” al gazului care se apropie de gaura neagră pentru a observa cum se mișcă norii și pentru a putea estima cât de mult din gaz consumă gaura neagră.
O descoperire palpitantă
Cercetătorii mai au multe de descoperit despre modul în care găurile negre supermasive lansează vânturi, deși oamenii de știință cred că acest lucru se datorează modului în care câmpurile magnetice sunt rotite în jurul găurii negre pe măsură ce gazul se deplasează pe orbita sa, potrivit lui Dan Wilkins, profesor asistent de cercetare în cadrul departamentului de astronomie al Universității de Stat din Ohio. Wilkins nu a fost implicat în acest studiu.
„Observarea dovezilor privind existența vânturilor generate de găuri negre în propria noastră galaxie nu numai că ne oferă o nouă cale de a înțelege cum sunt generate aceste vânturi, dar arată și că găurile negre supermasive sunt încă capabile să lanseze un vânt în galaxiile gazdă, chiar și atunci când acestea nu trec prin faze active de creștere rapidă”, a transmis el.
Jeturile și vânturile provenite de la găurile negre sunt „fizică de manual”, iar oamenii de știință au observat numeroase găuri negre supermasive care le aruncă în spațiu.
„Este încântător să fi surprins în sfârșit gaura neagră centrală a galaxiei noastre în acțiune”, a declarat Priyamvada Natarajan, profesor de astronomie și fizică la Universitatea Yale. Natarajan nu a participat nici el la studiu.
„Sagittarius A* a fost mult timp marea frustrare a astrofizicii centrului galactic: suficient de aproape pentru a fi studiată în detalii deosebite, dar încăpățânat de liniștită, aparent fără vânt. Această lucrare demontează această imagine. Așa arată astronomia observațională răbdătoare și profundă atunci când dă roade”, a spus ea.
Există încă multe întrebări fără răspuns, a adăugat Natarajan, dar așa și trebuie într-o cercetare.
„Autorii au oferit comunității o nouă mărturie observabilă, iar cercetările ulterioare vor fi bogate”, a spus ea.