III. Supermasywne czarne dziury w galaktykach
Kwazar 3C 273
W drugiej połowie minionego stulecia, a dokładniej w roku 1963, naukowcy dokonali dość interesującego odkrycia. Zaobserwowano bardzo ciekawy obiekt przypominający gwiazdę, ale charakteryzujący się innymi właściwościami. Obiekt ten został oznaczony symbolem 3C 273 i znajduje się w gwiazdozbiorze Panny.
Natężenie światła emitowanego przez 3C 273 zmieniało się w okresie 10 do 20 miesięcy, z czego można było wnioskować, iż obszar emitujący światło nie może być większy od kilku lat świetlnych, a to dlatego że światło w ciągu 10-20 miesięcy przemierza właśnie taką odległość, zatem większy obiekt nie mógłby tak szybko zsynchronizować mechanizmu zmian jasności. Na podstawie zmian natężenia promieniowania rentgenowskiego kwazara 3C 273 astronomowie doszli do wniosku, że źródło promieniowania ma rozmiar mniejszy od orbity Neptuna. Rozmiary oszacowano mierząc skalę czasową zmian jasności. Emisja promieniowania zmieniała się bardzo szybko więc można z tego sądzić, że szybko zmieniały się również własności tego ciała. Takie obiekty, które szybko zmieniają swoje własności muszą być małe, ponieważ zmiana parametrów fizycznych może propagować najwyżej z prędkością światła. Fakt, że tak bardzo mały obszar może być źródłem światła nawet 100 mld razy potężniejszym od Słońca, doprowadził uczonych do wniosków, iż głównym źródłem takich energii jest supermasywna czarna dziura, a właściwie dysk akrecyjny wokół niej.
Zdjęcie 10. Kwazar 3C 273 w Pannie. Widoczny jeden z wyrzytów materii (dżet).
Źródło: http://www.seds.org/~spider/spider/Misc/3c273.html
Centaur A
Nie tylko w kwazarach mamy do czynienia z supermasywnymi czarnymi dziurami. Przypuszcza się, że obiekty te znajdują się w większości galaktyk. Niestety bliższe supermasywne czarne dziury nie są takie efektowne jak te w kwazarach. Jest to spowodowane mniejszą gęstością materii w jądrach galaktyk. Dlatego też trudno je zaobserwować.
Jednym z dość znanych takich obiektów bliższych nas jest Centaur A (NGC 5128), który znajduje się w odległości 11 mln lat świetlnych od nas. W ciemnych obłokach pyłu znajdujących się w centrum tej galaktyki zaobserwowano w zakresie podczerwonym promieniowania elektromagnetycznego bardzo jasny dysk akrecyjny obracający się z ogromną prędkością. Masa supermasywnej czarnej dziury w Centaurze A wynosi aż 200 mln mas Słońca.
Obserwacje tego obiektu doprowadziły do wniosku, że podobnie jak w przypadku kwazara 3C 273, strumień materii jest wyrzucany prostopadle do dysku materii. Te strumienie materii są nazywane przez naukowców dżetami (jetami). Materia w jetach porusza się z prędkością bardzo bliską prędkości światła i jest w stanie plazmy. Dżety są źródłem promieniowania w zakresie radiowym oraz rentgenowskim. Dzięki temu, że materia spadająca na supermasywną czarną dziurę tworzy bardzo jasny dysk akrecyjny można z wielką łatwością powiedzieć, że właśnie tam znajduje się czarna dziura. Dysk jest tak jasny, że przyćmiewa czasem gwiazdy znajdujące się w pobliżu. Dyski tego rodzaju to jedne z najjaśniejszych obiektów widzianego Wszechświata.
Naukowcy doszli do wniosku, że supermasywne czarne dziury w galaktykach mają wiek porównywalny z wiekiem galaktyki. Dlatego prawdopodobnie istnieją one od początków Wszechświata. Im starsza jest galaktyka tym czarna dziura ma większą masę. Supermasywna czarna dziura przez całe swoje życie gromadzi materię stając się coraz bardziej masywną, ponieważ materia spadająca ku czarnej dziurze nie może się już z niej uwolnić.
NGC 7052
Innym bardzo ciekawym obiektem jest czarna dziura w galaktyce eliptycznej NGC 7052, odległej od nas o 191 mln lat świetlnych, znajdującej się w gwiazdozbiorze Lisa. Obserwację tegoż obiektu dokonano za pomocą Teleskopu Kosmicznego Hubble'a. Zdjęcie wykonane przez ten instrument pokazuje dysk materii wokół czarnej dziury. Dysk ten jest prawdopodobnie pozostałością po kolizji galaktyk . Z biegiem czasu zostanie całkowicie pochłonięty przez czarną dziurę. W centralnej części dysku zaobserwowano bardzo jasny punkt światła. Jest on wynikiem akumulacji światła gwiazd znajdujących się w pobliżu czarnej dziury. Fakt, że gwiazdy znajdują się tutaj tak bardzo blisko siebie świadczy o istnieniu źródła bardzo silnej grawitacji. Gdyby nie silna grawitacja gwiazdy na pewno nie znajdowałyby się tak blisko siebie.
Droga Mleczna
Supermasywna czarna dziura w Drodze Mlecznej znajduje się w jej centrum, a dokładniej w radioźródle Sagittarius A*.
Analizując zdjęcia centrum Drogi Mlecznej można zauważyć, że gęstość gwiazd w tym miejscu jest bardzo duża. Kilkaset gwiazd (około 350) znajduje się dosłownie 1 rok świetlny od jądra Galaktyki.
Ciekawej obserwacji dokonano w październiku 2002 roku . Obserwując ruch gwiazd wokół tejże supermasywnej czarnej dziury, zauważono gwiazdę o bardzo ciekawej orbicie. Gwiazda S2 jest jedną ze słabszych gwiazd znajdujących się w pobliżu centrum. Jest to gwiazda o masie 15 razy większej od Słońca i około 7 razy większa. Interesujące było to, że podczas obserwacji gwiazda ta znajdowała się prawie w miejscu, gdzie spodziewano się supermasywnej czarnej dziury. Obserwacje tego obiektu wykonywano przez kolejne 10 lat. S2 zakreślała długą elipsę, której ognisko wskazywało na pozycję czarnej dziury. W momencie najbliższego zbliżenia do czarnej dziury znajdowała się zaledwie w odległości 17 godzin świetlnych, czyli około 3 razy więcej niż odległość Słońce-Pluton i poruszała się z szybkością ponad 5000 kilometrów na sekundę. Znając orbitę tejże gwiazdy astronomowie mogli obliczyć masę supermasywnej czarnej dziury - oszacowali ją na około 2,6 mln mas Słońca.
26 października 2000 roku teleskop rentgenowski Chandra zaobserwował w obszarze Sgr A* nagły wzrost emisji promieniowania rentgenowskiego. W zaledwie kilka minut radioźródło Sgr A* emitowało promieniowanie X 45 razy intensywniej, by po kolejnych 3 godzinach powrócić do zwykłej intensywności. W czasie rozbłysku zaobserwowano dziesięciominutowe wahania intensywności promieniowania. Moc promieniowania w minimum była 5 razy mniejsza od tego w maksimum. Mając okres jego zmian astronomowie mogli oszacować wielkość obiektu emitującego promieniowanie rentgenowskie, opierając się na tym, że żaden sygnał nie może poruszać się z prędkością większą od prędkości światła. Obliczenia wskazywały na obiekt, który zajmuje obszar wewnątrz orbity Ziemi.
