science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Kijken naar het superzware zwarte gat van de Melkweg

Een driekleurenafbeelding van de centrale delen van de Melkweg met de locatie van Boogschutter A*, het superzware zwarte gat van het galactische centrum; Röntgenfoto in blauw, optisch in geel, en infrarood in rood. Astronomen hebben gelijktijdige multi-band waarnemingen van een heldere flare van SgrA* verkregen en de multi-band straling gemodelleerd om de eigenschappen van de aanwas rond het zwarte gat te schatten. Credit:Röntgenfoto:NASA/CXC/UMass/D. Wang et al.; Optisch:NASA/ESA/STScI/D.Wang et al.; IR:NASA/JPL-Caltech/SSC/S.Stolovy

Het superzware zwarte gat in het centrum van ons Melkwegstelsel, Boogschutter A*, verreweg het dichtst bij ons staat, ongeveer 27, 000 lichtjaar verwijderd. Hoewel het lang niet zo actief of lichtgevend is als andere galactische kernen met superzware zwarte gaten, zijn relatieve nabijheid maakt het voor ons veel helderder dan andere vergelijkbare bronnen en biedt astronomen een unieke kans om te onderzoeken wat er gebeurt als gaswolken of andere objecten dicht bij de "rand" van een zwart gat komen.

Sgr A* wordt sinds zijn ontdekking in de jaren '50 op radiogolflengten gemonitord; variabiliteit werd voor het eerst gerapporteerd in de radio in 1984. Astronomen modelleren dat gemiddeld Sgr A* materiaal aangroeit met een paar honderdsten van een aardmassa per jaar, een relatief zeer laag tarief. Daaropvolgend infrarood, submillimeter, en röntgenwaarnemingen bevestigden deze variabiliteit, maar ontdekten ook dat het object vaak opflakkert, waarbij de helderheid in röntgenstralen met wel een factor honderd toenam. Men denkt dat het grootste deel van de gestage emissie wordt geproduceerd door elektronen die met bijna de lichtsnelheid (relativistische beweging genoemd) rond magnetische velden in een klein gebied rond een astronomische eenheid in straal rond de bron draaien, maar er is geen overeenstemming over de mechanismen die de fakkels aandrijven.

CfA-astronomen Giovanni Fazio, Mark Gurwell, Joe Hora, Howard Smit, en Steve Willner waren lid van een groot consortium dat in juli 2019 gelijktijdige nabij-infraroodwaarnemingen verkreeg met de IRAC-camera op Spitzer, met de GRAVITY-interferometer van de European Southern Observatory, en met NASA's Chandra en NuStar röntgenobservatoria (geplande gelijktijdige waarnemingen met de Submillimeter Array werden voorkomen door de sluiting van Mauna Kea). SgrA* onderging tijdens deze waarnemingen toevallig een grote affakkeling, waardoor theoretici voor het eerst een fakkel tot in detail kunnen modelleren.

Relativistische elektronen die in magnetische velden bewegen, zenden fotonen uit via een proces dat bekend staat als synchrotronstraling (het meest conventionele scenario), maar er is ook een tweede proces mogelijk waarbij fotonen (geproduceerd door synchrotronemissie of door andere bronnen zoals stofemissie) van de elektronen en krijgen daardoor extra energie, worden röntgenfotonen. Modelleren welke combinatie van effecten werkzaam was in de kleine regio rond SgrA* tijdens het affakkelen biedt inzicht in de dichtheden van het gas, de velden, en de oorsprong van de intensiteit van de flare, timing, en vorm. De wetenschappers overwogen verschillende mogelijkheden en kwamen tot de conclusie dat het meest waarschijnlijke scenario het scenario is waarin de infraroodvlam werd geproduceerd door het eerste proces, maar met de röntgenstraling die door het tweede proces werd geproduceerd. Deze conclusie heeft verschillende implicaties voor de activiteit rond dit superzware zwarte gat, inclusief dat de elektronendichtheden en magnetische velden in grootte vergelijkbaar zijn met die onder gemiddelde omstandigheden, maar dat aanhoudende deeltjesversnelling nodig is om de waargenomen flare te behouden. Hoewel de modellen veel aspecten van de flare-emissie met succes matchen, de metingen zijn niet in staat om de gedetailleerde fysica achter de deeltjesversnelling te beperken; deze worden overgelaten aan toekomstig onderzoek.