Nowy, warty 10 miliardów dolarów, kosmiczny teleskop NASA Webb ujawnia supermasywną czarną dziurę w sercu Drogi Mlecznej

Webb sprosta wyzwaniu, jakim są zagadkowe supermasywne rozbłyski czarnej dziury, które okazały się zarówno intrygujące, jak i frustrujące dla astronomów.

W pierwszym roku działalności NASA’s Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba Połączysz siły w globalnym wspólnym wysiłku, aby stworzyć obraz bezpośredniego otoczenia masywnego bloku Czarna dziura w naszym sercu droga Mleczna galaktyka. Teleskop Event Horizon (EHT) jest najbardziej znany z pierwszego zdjęcia „cienia” czarnej dziury w sercu galaktyki M87, a teraz skierował swoje wysiłki na bardziej złożone środowisko Sagittarius A*, ogromnej Drogi Mlecznej. Czarna dziura. Podczas gdy rdzeń M87 stanowił cel statyczny, łuk A* wyświetla co godzinę tajemnicze błyskające rozbłyski, co utrudnia strzelanie. Webb pomoże w swoich zdjęciach w podczerwieni regionu czarnej dziury, dostarczając danych o tym, kiedy istnieją rozbłyski, które będą cennym punktem odniesienia dla zespołu EHT.

Ogromny wir gorącego gazu świeci światłem podczerwonym, wskazując przybliżoną lokalizację supermasywnej czarnej dziury w sercu naszej Drogi Mlecznej. To złożone zdjęcie o wielu długościach fali zawiera światło w bliskiej podczerwieni uchwycone przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a i było najostrzejszym zdjęciem w podczerwieni, jakie kiedykolwiek wykonano w centrum galaktyki, kiedy zostało opublikowane w 2009 roku. nazwany Sagittarius A*, skomplikował współpracę z Event Horizon Telescope (EHT) w celu stworzenia bliższego i bardziej szczegółowego obrazu. Podczas gdy sama czarna dziura nie emituje światła i dlatego nie może być wykryta przez teleskop, zespół EHT pracuje nad jej uchwyceniem, uzyskując wyraźny obraz gorącego, świecącego pyłu i gazu bezpośrednio ją otaczającego. Źródło: NASA, ESA, SSC, CXC, STScI

Na odizolowanych szczytach górskich na całej planecie naukowcy czekają na wiadomość, że noc jest nocą: zakończono złożoną koordynację dziesiątek teleskopów na Ziemi iw kosmosie, pogoda jest przejrzysta, problemy techniczne rozwiązano – metaforyczne gwiazdy są wyrównane. Czas spojrzeć na supermasywną czarną dziurę w sercu naszej Drogi Mlecznej.

Planowanie Sudoku, jak nazywają to astronomowie, odbywa się każdego dnia kampanii obserwacyjnej za pośrednictwem współpracy z Teleskopem Event Horizon (EHT) i wkrótce będą mieli nowego gracza do rozważenia; Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba NASA dołączy do tych wysiłków. Podczas pierwszej listy obserwacji Webba astronomowie wykorzystają jego moc w obrazowaniu w podczerwieni, aby stawić czoła niektórym wyjątkowym i trwałym wyzwaniom stawianym przez czarną dziurę Drogi Mlecznej, zwaną Sagittarius A* (Sgr A*; gwiazdka jest wymawiana jako „gwiazda”).

W 2017 roku EHT wykorzystał połączone siły obrazowania ośmiu obiektów radioteleskopów na całej planecie, aby uchwycić pierwszy historyczny widok regionu bezpośrednio otaczającego supermasywną czarną dziurę w galaktyce M87. Sgr A* jest bliżej, ale ciemniejsza niż czarna dziura M87, a unikalne migoczące rozbłyski w otaczającej ją materii zmieniają wzorzec światła co godzinę, stanowiąc wyzwanie dla astronomów.

Źródło: NASA, ESA, SSC, CXC, STScI

„Supermasywna czarna dziura w naszej galaktyce jest jedyną, o której wiadomo, że zawiera ten rodzaj poświaty i chociaż to bardzo utrudnia zrobienie zdjęcia regionu, sprawia również, że Sagittarius A* jest bardziej interesujący z naukowego punktu widzenia” – powiedział astronom Farhad Yousefzadeh. . , który jest profesorem w Uniwersytet Północno-Zachodni oraz główny badacz w programie monitorowania Sgr A* firmy Webb.

Rozbłyski są spowodowane chwilowym, ale intensywnym przyspieszeniem cząstek wokół czarnej dziury do znacznie wyższych energii, z odpowiednią emisją światła. Istotną zaletą obserwacji Sgr A* za pomocą Webba jest możliwość jednoczesnego i ciągłego przechwytywania danych w dwóch długościach fal podczerwieni (F210M i F480M), z pozycji teleskopu poza Księżycem. Webb będzie miał ciągły widok, obserwując cykle wypalania i chłodzenia, które zespół EHT może wykorzystać jako punkt odniesienia z własnymi danymi, dając w rezultacie wyraźniejszy obraz.

Źródło lub mechanizm, który powoduje rozbłyski Sgr A*, jest przedmiotem wielu dyskusji. Odpowiedzi na pytanie, w jaki sposób rozbłyski Sgr A* zaczynają się, osiągają szczyt i rozpraszają, mogą mieć daleko idące implikacje dla przyszłych badań czarnych dziur, a także cząstek i osocze Fizyka, nawet rozbłyski słońca.

Gorący gaz krąży wokół supermasywnego obszaru czarnej dziury Drogi Mlecznej, oświetlony w świetle bliskiej podczerwieni uchwyconym przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a. Opublikowane w 2009 roku z okazji Międzynarodowego Roku Astronomii zdjęcie było najostrzejszym w historii obrazem w podczerwieni centrum galaktyki. Nadchodzący Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, którego start zaplanowano na grudzień 2021 r., będzie kontynuował te poszukiwania, łącząc precyzję siły Hubble’a z większą zdolnością wykrywania promieniowania podczerwonego. Obserwacje rozbłysków Webba w tym regionie będą szczególnie interesujące dla astronomów, których nie zaobserwowano wokół żadnej innej supermasywnej czarnej dziury, a przyczyna jest nieznana. Rozbłyski skomplikowały współpracę z Teleskopem Event Horizon (EHT) polegającą na uchwyceniu obrazu regionu bezpośrednio otaczającego czarną dziurę, a dane podczerwone Webba mają znacznie pomóc w stworzeniu czystego obrazu. Źródło: NASA, ESA, STScI i Q. Daniel Wang (UMass)

„Czarne dziury są po prostu niesamowite” – powiedziała Sera Markov, astronom z zespołu badawczego Webb Sgr A * i wiceprzewodnicząca Rady Naukowej w EHT. „Powodem, dla którego naukowcy i agencje kosmiczne na całym świecie wkładają tyle wysiłku w badanie czarnych dziur, jest to, że są to najbardziej ekstremalne środowiska w znanym wszechświecie, w których możemy poddać nasze podstawowe teorie, takie jak ogólna teoria względności, praktycznym testom”.

Czarne dziury, przewidziane przez Alberta Einsteina w ramach jego Ogólnej teorii względności, są w pewnym sensie przeciwieństwem tego, co sugeruje ich nazwa – zamiast pustej dziury w przestrzeni, czarne dziury są najgęstszymi i ciasno upakowanymi obszarami materii. . Pole grawitacyjne czarnej dziury jest tak silne, że zniekształca tkankę przestrzeni wokół siebie, a każda materia, która zbliża się zbyt blisko, pozostaje tam na zawsze, wraz z wszelkim emitowanym przez nią światłem. Dlatego czarne dziury wydają się „czarne”. Każde światło wykryte przez teleskopy nie pochodzi z samej czarnej dziury, ale z otaczającego ją obszaru. Naukowcy nazywają ostateczną wewnętrzną krawędź tego światła horyzontem zdarzeń, stąd nazwa współpracy EHT.

Zdjęcie M87 z EHT było pierwszym bezpośrednim, wizualnym dowodem na to, że przewidywania Einsteina dotyczące czarnej dziury były prawidłowe. Czarne dziury wciąż stanowią podstawę dowodową dla teorii Einsteina, a naukowcy mają nadzieję, że starannie zestawione obserwacje Sgr A* na wielu długościach fali przez EHT, Webba, promieniowanie rentgenowskie i inne obserwatoria zawężą margines błędu w obliczeniach ogólnej teorii względności, a może nie wskazują na nowe światy fizyki Teraz to rozumiemy.

Jakkolwiek ekscytująca może być perspektywa nowego zrozumienia i/lub nowej fizyki, zarówno Markov, jak i Zadeh zauważają, że to dopiero początek. „To jest proces. Na początku prawdopodobnie będziemy mieć więcej pytań niż odpowiedzi” – powiedział Markov. Zespół badawczy Sgr A * planuje w nadchodzących latach więcej czasu z Webbem, aby być świadkiem dodatkowych zdarzeń zapłonowych i zbudować bazę wiedzy, i identyfikować wzorce z przypadkowych rozbłysków Najwyraźniej wiedza zdobyta podczas badania Sgr A* zostanie następnie zastosowana do innych czarnych dziur, aby zobaczyć, co jest fundamentalne dla ich natury, w porównaniu z tym, co czyni czarną dziurę wyjątkową.

Tak więc stresujące planowanie Sudoku będzie trwało przez jakiś czas, ale astronomowie zgadzają się, że warto. „To najszlachetniejsza rzecz, jaką ludzie mogą zrobić, poszukiwanie prawdy” – powiedział Zadeh. „To leży w naszej naturze. Chcemy wiedzieć, jak działa wszechświat, ponieważ jesteśmy częścią wszechświata. Czarne dziury mogą zawierać wskazówki do niektórych z tych wielkich pytań”.

Teleskop Webb NASA będzie wiodącym obserwatorium kosmicznym na następną dekadę, badającym każdy etap kosmicznej historii – od naszego Układu Słonecznego po najdalsze możliwe do zaobserwowania galaktyki we wczesnym Wszechświecie i wszystko pomiędzy. Webb ujawni nowe i nieoczekiwane odkrycia oraz pomoże ludzkości zrozumieć pochodzenie wszechświata i nasze w nim miejsce. Webb to międzynarodowy program prowadzony przez NASA wraz z partnerami ESA (Europejską Agencją Kosmiczną) i Kanadyjską Agencją Kosmiczną.