Czarna dziura w Drodze Mlecznej wieje łagodnym wiatrem. Nowe obserwacje rozwiązują 50-letnią zagadkę

„Nigdy wcześniej nie widzieliśmy łagodnych powiewów od czarnych dziur, ale to właśnie one stanowią prawdopodobnie większość ich aktywności” – mówi astrofizyczka Lena Murchikova z Northwestern University. Jej zespół właśnie rozwikłał zagadkę, która nurtowała astronomów od pięciu dekad: czy z supermasywnej czarnej dziury w sercu naszej Galaktyki wydobywa się wiatr? Okazuje się, że tak – i jest zaskakująco spokojny.

Wyniki badań, opublikowane w czasopiśmie Astrophysical Journal Letters, rzucają nowe światło na oddziaływanie czarnych dziur z otaczającym je środowiskiem. Obserwacje z wykorzystaniem radioteleskopu ALMA w Chile ujawniły stożkowatą pustkę w materii w pobliżu czarnej dziury – dowód na istnienie gorącego wiatru, który wypycha chłodniejszy gaz.

50 lat poszukiwań

→ Czytaj też: Odkryto 17 cząsteczek życia wokół młodej gwiazdy. To zmienia wiedzę o początkach Ziemi

Odkąd w latach 70. XX wieku zidentyfikowano Sagittarius A* (Sgr A*) jako supermasywną czarną dziurę, astronomowie podejrzewali, że może emitować wiatr. Problem w tym, że centrum Drogi Mlecznej jest przesłonięte gęstymi obłokami gazu, pyłu i gwiazd. Przez dekady wszelkie próby bezpośredniej detekcji kończyły się niepowodzeniem.

W ciągu ostatnich 15 lat pojawiły się pośrednie ślady w postaci promieniowania X i gamma, pochodzące z rejonów oddalonych od czarnej dziury, a nawet spoza Galaktyki. Sugerowały one, że w przeszłości Sgr A* przechodziła epizody potężnych wiatrów. Brakowało jednak dowodów na to, że wiatr wieje tu i teraz, w bezpośrednim sąsiedztwie czarnej dziury.

Przełom dzięki nowej technice

→ Czytaj też: Odkryto imię majańskiego matematyka-astronoma. Żył 1300 lat temu

Murchikova wraz z astronomem Markiem Gorskim, również z Northwestern University, zgromadzili ponad 100 godzin obserwacji Sgr A* wykonanych w ciągu pięciu lat za pomocą radioteleskopu ALMA. Kluczem do sukcesu okazał się nowatorski sposób przetwarzania danych, który pozwolił dostrzec obiekty sto razy słabsze niż dotychczas i uzyskać obraz sąsiedztwa czarnej dziury 80 razy ostrzejszy.

To, co zobaczyli, było wyraźne: stożkowata pustka, pozbawiona zimnego tlenku węgla, otaczająca czarną dziurę. Geometria tej pustki, w połączeniu z wcześniejszymi obserwacjami promieniowania X wskazującymi na obecność gorącego gazu w tym samym regionie, nie pozostawia wątpliwości – wiatr wiejący z czarnej dziury usuwa stamtąd chłodniejszy materiał.

„Supermasywne czarne dziury we wszechświecie większość swojego życia spędzają w stanie spokojnym” – tłumaczy Gorski. „Te wyniki pokazują, że nawet gdy są ciche, wciąż wywierają wpływ”.

Jak czarna dziura kształtuje galaktykę

W przeciwieństwie do spektakularnych dżetów obserwowanych wokół aktywnie pochłaniających czarnych dziur, wiatr z Sgr A* jest delikatny, ale jego konsekwencje mogą być równie doniosłe. Wiatry z czarnych dziur mogą spowalniać proces powstawania gwiazd, ograniczając ilość dostępnego gazu, albo – przeciwnie – stymulować narodziny nowych gwiazd, kompresując obłoki pyłu.

Zrozumienie natury wiatru z cichej czarnej dziury, takiej jak Sgr A*, ma fundamentalne znaczenie dla astrofizyki. Pozwala bowiem lepiej pojąć, w jaki sposób czarne dziury rzeźbią swoje macierzyste galaktyki na przestrzeni miliardów lat.

Astrofizyczka Rebecca Diesing z Columbia University, która nie brała udziału w badaniu, podkreśla wagę odkrycia: „Potencjalne wykrycie wiatru z Sgr A* to naprawdę wielka sprawa. Dowodzi ono, że nasza supermasywna czarna dziura nie jest wyjątkowa i produkuje wiatr podobny do tych w innych galaktykach”.

Co dalej?

Choć odkrycie jest przekonujące, naukowcy chcą więcej dowodów. Diesing zauważa, że sama nieobecność gazu to za mało – przyszłe obserwacje powinny zmierzyć prędkość gazu wypychanego z pustki. Możliwe też, że uda się zaobserwować, jak krawędzie stożka poruszają się w czasie, co byłoby ostatecznym potwierdzeniem istnienia wiatru.

Jedno jest pewne: nawet najspokojniejsza czarna dziura nigdy nie jest całkowicie uśpiona. Cichy wiatr z Sgr A* dowodzi, że kosmiczne bestie oddziałują na swoje otoczenie nie tylko w chwilach gwałtownych uczt, ale przez całe swoje istnienie. A to zmienia nasze rozumienie ewolucji galaktyk.