Sagittarius A* (Sgr A*): supermasywna czarna dziura w centrum Drogi Mlecznej

Podstawowe informacje

Sagittarius A* znajduje się w odległości około 26 000 lat świetlnych (około 8 kiloparseków) od Słońca, w samym centrum Galaktyki. Masa obiektu oceniana jest na rząd kilku milionów mas Słońca — zwykle podawana wartość to około 4 miliony mas Słońca. Dla takiej masy promień Schwarzschilda (czyli promień horyzontu zdarzeń dla nieobrotowej czarnej dziury) wynosi rząd kilkunastu milionów kilometrów (dla orientacji: to kilkukrotnie więcej niż średnia odległość Ziemi od Słońca wyrażona w kilometrach).

Dowody na obecność czarnej dziury

• Orbity gwiazd typu S: precyzyjne obserwacje gwiazd krążących bardzo blisko centrum (zwanych gwiazdami S, np. S2) pozwoliły zmierzyć ich orbity i wyznaczyć masę skupioną w bardzo małej objętości — wyniki są zgodne z supermasywną czarną dziurą.
• Relatywistyczne efekty: podczas perycentrum orbity S2 obserwowano przesunięcie ku czerwieni i inne efekty zgodne z przewidywaniami ogólnej teorii względności, co dodatkowo potwierdza obecność zwartego, masywnego obiektu.
• Emisja radiowa i rentgenowska: Sgr A* wykazuje charakterystyczne sygnały radiowe oraz okresowe rozbłyski w paśmie rentgenowskim i podczerwonym, typowe dla akrecji materii na czarną dziurę.

Historia i obserwacje

• Wykrycie kompaktowego źródła radiowego w centrum Galaktyki przypisuje się obserwacjom z drugiej połowy XX wieku; źródło to otrzymało oznaczenie Sgr A* i od tego czasu było intensywnie badane przy użyciu radioteleskopów, interferometrii oraz teleskopów pracujących w zakresie podczerwieni i rentgenowskim.
• Grupy badawcze kierowane przez Reinharda Genzela i Andreę Ghez przez dekady śledziły ruchy gwiazd wokół centrum, co doprowadziło do precyzyjnego oszacowania masy i potwierdzenia zwartej natury obiektu. Za te osiągnięcia obaj naukowcy otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 2020 roku.
• W 2019–2022 kolaboracja Event Horizon Telescope (EHT) opublikowała obrazy i analizy dotyczące cienia i struktury emisji wokół supermasywnych czarnych dziur — po obrazie M87* w 2019 r. w 2022 r. opublikowano również wynik dotyczący Sagittarius A*, przedstawiający pierścień emisji i strukturę bliską horyzontowi zdarzeń.

Charakterystyka i aktywność

Sagittarius A* jest względnie "cichy" w porównaniu z aktywnymi jądrami galaktyk (AGN): tempo akrecji materii jest stosunkowo niskie, co oznacza umiarkowaną emisję promieniowania. Mimo tego obserwuje się krótkotrwałe rozbłyski rentgenowskie i w podczerwieni, wynikające z niestabilności i zjawisk magnetohydrodynamicznych w dysku akrecyjnym lub koronie wokół czarnej dziury.

Znaczenie dla nauki

• Sgr A* stanowi najlepszy obiekt do badań fizyki silnych pól grawitacyjnych w warunkach powszechnie występujących w galaktycznych jądrach.
• Obserwacje Sgr A* pozwalają testować przewidywania ogólnej teorii względności oraz modele akrecji i emisji promieniowania w bliskim otoczeniu horyzontu zdarzeń.
• Badania tego obiektu pomagają zrozumieć ewolucję i rolę supermasywnych czarnych dziur w tworzeniu i rozwoju galaktyk.

Co dalej?

Nadal prowadzone są długoterminowe obserwacje z coraz większą rozdzielczością (m.in. VLTI/GRAVITY, EHT, teleskopy rentgenowskie i podczerwone), które mają na celu lepsze odwzorowanie dynamiki materii przy horyzoncie zdarzeń, śledzenie nowych gwiazd zbliżających się do centrum oraz testowanie granicznych przewidywań teorii grawitacji.