Iga täht öötaevases käib aeglaselt midagi ümber, mida keegi näha ei saa. Linnutee keskel asub Sagittarius A*, ülimassiivsne must auk, mis kaalub 4,297 miljonit korda rohkem kui Päike. Ja see kummaliste geomeetria, kuidas see energiat kosmosesse kiirgab, võib tähendada, et üks selle kiirtest on suunatud otse meie Päikesesüsteemile.
Sagittarius A* — astronoomid ütlevad lihtsalt "Sgr A-täht" — ei saa otseselt fotografeerida, sest sellest ei pääse valgus. Kõik, mida me teame, tuleb gaasi, tähtede ja raadiolainete käitumise jälgimisest selle lähedal. Kümnendite pikkune uurimistöö muutis nõrga raadiomüra galaktika üheks parimate uuritud objektiks, väärne Nobeli premiat ja fotoga, mida võeti Maakera suurusega teleskoobiga.
Raadiohelina, mida keegi ei osanud määrata
Aprilli 1933. aastal otsis inženeer Karl Jansky transatlantilisi telefonikõnesid segavate interferentside allikat, kui ta jälitas raadiosignaali kuju Amburi tähistaevasse, meie galaktika keskusesse. Tal polnud võimalust teada, et ta oli just naksatanud galaktilise keskuse enda endale.
Kulus veel neli kümnend enne, kui keegi täpse objekti eraldas. Astronoomid Bruce Balick ja Robert Brown määrasid kompaktse raadioallika seal 13. ja 15. veebruaril 1974, kasutades Rahvusliku Raadioastronoomia Vaatluspaiga seotud radioantennide paari. See täpsus — üksiku punkti lokaliseerimiseks, mis oli maetud palju suurema, heledamasse radiokiirgusesse — on see, mis lõpuks võimaldas hilisematel meeskondadel ühendada punkt musta auguga, et pidada seda lihtsalt ebaliialt kõrge taivaosa jaoks.
Pilv, mis ei kunagi tulid esitanud
Astronoomid nägid G2-nimist gaasipilve Sagittarius A* poole kukkumas ja ennustasid selle lähimat läbimist, nn peribothron-kutsutut hetke, juhtub mai 2014 paiku. Teleskoobid üle maailma pöördusid, lootuses näha musta auku pilve lõhkimas reaalajas.
Etendus ei alustanud kunagi tõesti. Järellevõtte tähelepanekud paljastasid, et Sagittarius A* sisse spiraali langevad materjal jäi kohtumisel märkimisväärselt stabiilseks, näitamata G2 saabumisest mingit häirituse märki. Anticlimaxe oli ise kasulik: see ütles teadlastele, et musta augu toidumuster on läbimineva pilve suhtes vastupidavamad kui mudelid olid eeldanud, piiranguline, mis kujundab siiski, kuidas teadlased simuleerivad materijali, mis mustaisse augudesse kukkub mujal.
Plahvatused, millel ei olnud pilves midagi tegemist
Samal ajal kui kõik ootasid G2, oli Sagittarius A* omale pahasust. 14. septembril 2013 tabas Chandra X-kiirguse observatoorium säde, mis oli 400 korda heledamale musta augu normaalsest vaiksest särgist — plahvatus peaaegu 3 korda tugevamale kui eelmise rekordi omanik, määratud 2012. aasta alguses. Nädalad hiljem, kui asjad rahunes, registreeris Chandra teise plahvatuse, selle 200 korda heledamale tavalisest, oktoobris.
Kuna mõlemad plahvatused leidis aset kaua enne G2 ennustatud lähimat lähenemist, ei saanud neid pilv milleks aktiveerida, mida kõik jälgisid. Juhtiv seletus on palju kumalisem: midagi väiksem ja lähemal, võimalik planeet-asterooid, mis tuli musta augu liiga lähedale ja lõhestati. Igal juhul on plahvatused meeldetuletuseks, et Sagittarius A* ei vaja dramaatilist gaasipilvi pealkirjade tegemiseks — see teeb seda ise, etteaimamatu, tavalisel nädalal.
Vaadates gaasi race Speed Limit
GRAVITY-instrument Euroopa Lõunavaatluspaiga kätte püüdis midagi, mida keegi pole kunagi otseselt täheldanud: gaasikohakud, mis jäljendavad silmust ümber Sagittarius A* õigesti väljaspool sündmuste horisontdal, ligikaudu 30 protsenti valguse kiirusel — lähim keegi kunagi oli näinud materjali reisimine enne, kui see kukkus tagasitulemise punktist.
Mõõtmine töötas ainult seetõttu, et GRAVITY petab. See sulab valgust, mis on kogutud nelja eraldi teleskoobist Very Large Telescoobi sees, üheks virtuaalseks instrumendiks 130 meetri laiuse peegli eraldusvõimega, palju suurem kui ükski üksik antenni, mida saaks ehitada. Teleskoopide kombineerimisest sel viisil muudetakse valgusplekid 26 000 valgusaasta kaugusel jäljitaval orbiidil.
Täht, mis pani Einsteini proovile
Sama GRAVITY-instrument, mis on seotud võrdsikus nimega SINFONI, veitis aastaid tähe S2-da jälgimise ajal, kui see lehvis Sagittarius A* üle metsikult pikendatud orbiidil. Kui S2 tegi lähimat lähenemist, mõõtsid teadlased esmakordselt nii äärmuslikus keskkonnas täpselt valguse venitus- ja orbiidinihe mõju, mida üldine relatiivsusteooria ennustab massiivse kehale lähedal — mitte Newtoni lihtsa gravitatsiooni füüsika.
S2 pole ega ole lähim teadaolev konkurent. Alates 2020. aastast on tähe S4714 see rekord, kõikudes umbes 12,6 AU-s — ligikaudu Saturni kaugust Päikesest — liikudes umbes 8% valguse kiirusel. Selliste tähtede jälgimine orbiidil piisavalt kiire ja tihedasse tunda relatiivsuse sõrmejälgi, on kuidas astronoomid kaalusid Sagittarius A* kunagi nägemata.
Objekt väiksem kui münt, mida peetakse galaktika poolt
Kauan enne, kui keegi Sagittarius A* fotografeeris, sulgasid raadioteadlased selle tegelikule suurusele. 2019. aasta uuring, mis ühendas Atacama Large Millimeter Array maailmapaikse raadioteleskoobide võrgustikuga, leidis, et selle raadiokiirgus pärineb taivaosast, mis on ainult 300 miljardi osa laius, kujuga nii ühtlane, et näeb peaaegu täiesti ümmargune.
Selline terav fookus võttis kümnendite järk-järgulise arengu: Sagittarius A* esimesed tähelepanekud selles konkreetses raadiosageduses, mida kasutati selles 2019. aasta uuringus, teostati 26 aastat varem, kasutades ainult teleskoobide kogumit globaalse massiivi asemel. Iga instrumentide põlvkond teravdas hägusust veelgi, aeglane teravdamine, mis lõpuks võimaldas tegelikul pildil.
Kiir, mis võib olla suunatud meile
See sama 2019. aasta uuring paljastas midagi häirivat: emissioonpiirkond on nii väike ja nii sümmeetriline, et allikas võib tegelikult olla suunatud peaaegu otse Maale. Selle asemel, et vaadata Sagittarius A* külgelt, nagu tavaliselt vaatame kaugeid raadiootseallikaid, võiksime vaadata peaaegu otse ühte selle kiirt, nagu vaadata taskulampa, et näha selle kiire möödamist. See on meeldetuletuseks, et meie galaktika must auk ei ole passiivne taust; selle geomeetria kujundab aktiivselt, mida me suudame siin mõõta.
Tõend, siis pilt
Teoreetiline juhtum, et Sagittarius A* oli must auk, ehitati kümnendite jooksul täpselt seda tüüpi orbiidikindlustus ja raadioevidentsile. Nobeli komitee nõustus: 2020. aastal jagas Reinhard Genzel ja Andrea Ghez igaüks Nobeli füüsika preemia veerandosa, tunnustuseks, et meie galaktika keskus olev objekt oli liiga kompaktne, et olla muud kui must auk.
Kaks aastat hiljem teooria kohtus pildiga. 12. mail 2022 avaldas Event Horizon Telescope Collaboration esimese pildi Sagittarius A*-st, kiirgav valgusring, mis on kõver ümber tumedaks keskmeks umbes 26 000 valgusaasta kaugusel, kus seisame. Inimkond oli seda vaid ühe korra eelnevalt saavutanud, võttes pildil ülimassiivsele mustale augule galaksis Messier 87 aastal 2019 — see on esimene kinnitatud pilt, mitte ainult teoreetiline tõend, objektist, kes istub oma galaktika südames.
Allikad
- NASA: Chandra Detects Record-Breaking Outburst from Milky Way's Black Hole
- ESO: Best View Yet of Dusty Cloud Passing Galactic Centre Black Hole
- ESO: Most Detailed Observations of Material Orbiting Close to a Black Hole
- Phys.org: Revealing the Black Hole at the Heart of the Galaxy
- Wikipedia: Sagittarius A*