Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) zapewnił astronomom bezprecedensowe obserwacje w średniej podczerwieni Sagittarius A (Sgr A ), supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej galaktyki. Te nowe dane pomagają naukowcom rozwikłać zagadkę rozbłysków emitowanych przez tego kosmicznego giganta i lepiej zrozumieć rolę pól magnetycznych w tworzeniu się materii wokół czarnych dziur.
Wypełnianie luki obserwacyjnej czarnej dziury
Przez lata naukowcy badali rozbłyski czarnych dziur w różnych długościach fal – bliskiej podczerwieni, radiowym i innych – każdy z nich oferuje unikalną perspektywę na te energetyczne zdarzenia. Problemem był brakujący element: dane w średniej podczerwieni. Ta luka uniemożliwia pełne zrozumienie rozwoju ognisk epidemii i mechanizmów je powodujących. Obserwacje JWST, zgłoszone po raz pierwszy w styczniu 2025 r., wypełniły tę lukę, łącząc pasma podczerwieni i radiowe z krytycznymi danymi w średniej podczerwieni.
Według Sebastiano von Fellenberga z Instytutu Radioastronomii im. Maxa Plancka: „Dane uzyskane w średniej podczerwieni są ekscytujące, ponieważ dzięki nowym danym z JWST możemy wypełnić lukę pomiędzy radiem a bliską podczerwienią, która była prawdziwą „dziurą” w widmie Sagittarius A*”. Ten przełom potwierdza, że rozbłyski występują w widmie średniej podczerwieni, co nie zawsze pokrywa się z obserwacjami radiowymi.
Jednoczesna analiza wielofalowa
Możliwości JWST umożliwiły zespołowi obserwację czarnej dziury na czterech różnych długościach fali jednocześnie za pomocą jednego instrumentu. Umożliwiło im to zmierzenie indeksu widmowego w średniej podczerwieni, co było kluczowym krokiem w zrozumieniu dynamiki rozbłysków.
Kluczem do tej analizy jest zachowanie szybkich elektronów wokół czarnej dziury. Wędrując spiralnie wzdłuż linii pola magnetycznego, elektrony emitują promieniowanie synchrotronowe, produkt uboczny ponownego połączenia magnetycznego i uwalniania energii. Nowe obserwacje potwierdzają proces zwany „chłodzeniem synchrotronowym”, podczas którego elektrony tracą energię, napędzając obserwowane emisje w podczerwieni.
Pomiar natężenia pola magnetycznego
Potwierdzenie to jest o tyle istotne, że pozwala nam samodzielnie zmierzyć natężenie pola magnetycznego wokół Strzelca A*. Poprzednie pomiary opierały się na innych parametrach, takich jak gęstość elektronów, przez co były mniej dokładne. Von Fellenberg wyjaśnia, że nowa metoda jest „całkiem «czysta» w tym sensie, że pomiar nie wymaga wielu założeń”, dostarczając cennych danych dla modeli teoretycznych, które były pod tym względem słabo ograniczone.
Fakt, że siła pola magnetycznego ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia funkcjonowania czarnych dziur, czyni to odkrycie krokiem naprzód w astrofizyce.
Znaczenie obserwacji kosmosu
Obserwacje te nie byłyby możliwe bez JWST. Atmosfera zakłóca naziemne obserwacje w średniej podczerwieni, a znajdujący się w teleskopie instrument średniej podczerwieni (MIRI), działający w trybie spektrometru o umiarkowanej rozdzielczości (MRS), zapewnia niezbędną czułość i pokrycie długości fali do pomiaru indeksu widmowego.
Jak zauważa von Fellenberg: „Aby uzyskać tak wysoką czułość w średniej podczerwieni, trzeba udać się w przestrzeń kosmiczną… Co więcej, instrument MIRI/MRS jest pierwszym instrumentem, który zapewnia tak szerokie pokrycie długości fal dla Sagittarius A*, co jest warunkiem wstępnym pomiarów indeksu spektralnego, więc to naprawdę podwójna wpadka!”
Podsumowując, obserwacje Sagittarius A* prowadzone w średniej podczerwieni przez JWST dostarczają nowych, kluczowych danych na temat dynamiki rozbłysków czarnych dziur, umożliwiając naukowcom pomiar natężenia pola magnetycznego z niespotykaną dotąd precyzją. To przełom jest świadectwem potęgi teleskopów kosmicznych i poprawi naszą wiedzę na temat tych tajemniczych obiektów kosmicznych.
