Όταν ο γιγαντιαίος ραδιοφωνικός γαλαξίας Messier 87 (M 87) εξαπέλυσε ένα χείμαρρο ακτινοβολίας γάμμα και ραδιοσυχνοτήτων, μια διεθνής συνεργασία 390 επιστημόνων έβλεπε να παρακολουθεί. Αναφέρουν την ανακάλυψη στο τεύχος αυτής της εβδομάδας Science Express.
Τα αποτελέσματα δίνουν πρώτα πειραματικά στοιχεία ότι τα σωματίδια επιταχύνονται σε εξαιρετικά υψηλές ενέργειες σε άμεση γειτνίαση με μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα και στη συνέχεια εκπέμπουν τις παρατηρούμενες ακτίνες γάμμα. Οι ακτίνες γάμμα έχουν ενέργεια ένα τρισεκατομμύριο φορές υψηλότερη από την ενέργεια του ορατού φωτός.
Ο Matthias Beilicke και ο Henric Krawczynski, και οι δύο φυσικοί στο Πανεπιστήμιο της Ουάσινγκτον στο Σεντ Λούις, συντόνισαν το έργο χρησιμοποιώντας τη συνεργασία του Πολύ Ενεργειακού Συστήματος Τηλεσκοπικής Ακτινοβολίας (VERITAS). Η προσπάθεια περιελάμβανε τρεις συστοιχίες των τηλεσκοπίων των 12 μέτρων (39 πόδια) έως 17 μέτρων (56 πόδια), οι οποίες ανιχνεύουν ακτίνες γάμμα πολύ υψηλής ενέργειας και η σειρά Long Long Baseline Array (VLBA) που ανιχνεύει ραδιοκύματα με υψηλή χωρική ακρίβεια.
«Είχαμε προγραμματίσει τις παρατηρήσεις ακτίνων γάμμα του M 87 σε στενή συνεργατική προσπάθεια με τα τρία μεγάλα παρατηρητήρια ακτίνων γάμμα VERITAS, H.E.S.S. και MAGIC, και ήμασταν τυχεροί που συνέβη μια εξαιρετική αναλαμπή ακτίνων γάμμα ακριβώς όταν παρατηρήθηκε η πηγή με το VLBA και την εντυπωσιακή χωρική του ικανότητα επίλυσης », δήλωσε ο Beilicke.
«Ο συνδυασμός μόνο των ραδιοφωνικών παρατηρήσεων υψηλής ανάλυσης με τις παρατηρήσεις ακτίνων γάμμα VHE μας επέτρεψε να εντοπίσουμε τον τόπο της παραγωγής ακτίνων γάμμα», πρόσθεσε ο R. Craig Walker, επιστήμονας προσωπικού στο Εθνικό Παρατηρητήριο Ραδιοαστρονομίας στο Socorro, Νέο Μεξικό .
Το M 87 βρίσκεται σε απόσταση 50 εκατομμυρίων ετών φωτός από τη Γη στο σύμπλεγμα γαλαξιών της Παρθένου. Η μαύρη τρύπα στο κέντρο του M 87 είναι έξι δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο.
Το μέγεθος μιας μη περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας δίνεται από την ακτίνα Schwarzschild. Όλα - ύλη ή ακτινοβολία - που έρχονται μέσα σε μια ακτίνα Schwarzschild από το κέντρο της μαύρης τρύπας θα καταπιούνται από αυτήν. Η ακτίνα Schwarzschild της υπερμεγέθης μαύρης τρύπας στο M 87 είναι συγκρίσιμη με την ακτίνα του ηλιακού μας συστήματος.
Στην περίπτωση ορισμένων υπερμεγέθων μαύρων τρυπών - όπως στο Μ 87 - η ύλη σε τροχιά και η προσέγγιση της μαύρης τρύπας ενισχύει εξαιρετικά σχετικιστικές εκροές, που ονομάζονται πίδακες. Το θέμα στα αεροσκάφη απομακρύνεται από τη μαύρη τρύπα, ξεφεύγοντας από τη θανατηφόρα βαρυτική του δύναμη. Τα αεριωθούμενα αεροπλάνα είναι μερικά από τα μεγαλύτερα αντικείμενα του Σύμπαντος και μπορούν να φτάσουν χιλιάδες έτη φωτός από την περιοχή της μαύρης τρύπας στο διαγαλαξιακό μέσο.
Η εκπομπή ακτίνων γάμμα πολύ υψηλής ενέργειας από το M 87 ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά το 1998 με τα τηλεσκόπια HEGRA Cherenkov. «Αλλά ακόμη και σήμερα, το M 87 είναι μία από τις 25 μόνο πηγές έξω από τον γαλαξία μας που είναι γνωστό ότι εκπέμπουν ακτίνες γάμμα [πολύ υψηλής ενέργειας]», λέει ο Beilicke.
Οι νέες παρατηρήσεις δείχνουν τώρα ότι η επιτάχυνση των σωματιδίων και η επακόλουθη εκπομπή ακτίνων γάμμα, μπορούν να συμβούν στο πολύ «εσωτερικό τζετ», λιγότερο από περίπου 100 ακτίνες Schwarzschild μακριά από τη μαύρη τρύπα, που είναι ένας εξαιρετικά στενός χώρος σε σύγκριση με το συνολική έκταση του πίδακα ή του γαλαξία.
Εκτός από το VERITAS και το VLBA, το Στερεοσκοπικό Σύστημα Υψηλής Ενέργειας (H.E.S.S.) και τα παρατηρητήρια ακτίνων γάμμα των κυριότερων ατμοσφαιρικών ακτίνων γάμμα Cherenkov (MAGIC) συμμετείχαν σε αυτές τις παρατηρήσεις.
Υπότιτλος επικεφαλής εικόνας: Η αντίληψη των καλλιτεχνών για τον εσωτερικό πυρήνα του M87: Μαύρη τρύπα, δίσκος προσαύξησης και εσωτερικοί πίδακες. Πίστωση: Bill Saxton, NRAO / AUI / NSF
Δεύτερη εικόνα: Εικόνα μεγάλης κλίμακας VLA του M87: Ο λευκός κύκλος υποδεικνύει την περιοχή εντός της οποίας τα τηλεσκόπια ακτίνων γάμμα μπορούσαν να πουν τις πολύ ενεργητικές ακτίνες γάμμα. Για να περιορίσετε την τοποθεσία απαιτείται το VLBA. ΠΙΣΤΩΣΗ: NRAO / AUI / NSF
Κολάζ: Στην επάνω αριστερή γωνία, μια εικόνα VLA του γαλαξία δείχνει τους εκπομπούς ραδιοεπικοινωνίας σε κλίμακα περίπου 200.000 ετών φωτός. Τα επόμενα ζουμ προχωρούν πιο κοντά στον πυρήνα του γαλαξία, όπου βρίσκεται η υπερμεγέθη μαύρη τρύπα. Στη σύλληψη του καλλιτέχνη (φόντο). Η μαύρη τρύπα που απεικονίζεται στο κέντρο έχει περίπου διπλάσιο μέγεθος από το Ηλιακό μας Σύστημα, ένα μικρό κλάσμα του μεγέθους του γαλαξία, αλλά κρατά περίπου έξι δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου. Πίστωση: Bill Saxton, NRAO / AUI / NSF
Πηγές: Επιστήμη και το Εθνικό Παρατηρητήριο Ραδιοαστρονομίας, μέσω Eurekalert.
