Cum a fost descoperită Sagittarius A*, gaura neagră supermasivă din centrul Căii Lactee?

Aceasta este povestea lui Sagittarius A* (sau mai pe scurt Sgr A*), gaura neagră supermasivă aflată în centrul Căii Lactee. Cum a reușit omenirea să o descopere?

Cândva la începutul anilor 1930, în Holmdel, New Jersey, SUA, inginerul Karl Jansky desfășura un experiment cu o antenă construită chiar de el, folosind un set de patru anvelope Ford Model-T pentru a o roti. Inginerul încerca să găsească posibile surse de interferențe cu transmisiuni radio. Multe au provenit de la furtuni cu descărcări electrice, însă Jansky a putut detecta un șuierat slab de origine incertă. Investigațiile ulterioare au arătat că provenea din direcția constelației Săgetătorul, acolo unde se află centrul Căii Lactee.

Misterul a devenit și mai… misterios în anii 1950, atunci când astronomii au descoperit tot mai multe surse radio răspândite în Univers, situate în centrul altor galaxii. Totuși, aceste galaxii arătau ca niște stele foarte slab luminate atunci când erau observate în lumină vizibilă, astfel că au fost denumite quasari, prescurtarea pentru „cvasi-stele”.

Știința are nevoie de dovezi

Toate aceste descoperiri au început să capete sens în 1963, atunci când astronomul Maarten Schmidt a calculat distanța până la unul dintre acei quasari, 3C 273, aflat la 2,5 miliarde de ani-lumină depărtare de Pământ. Prin combinarea distanței și a luminozității observate de pe Terra, s-a dovedit că 3C 273 trebuie să strălucească extraordinar de puternic în unde radio, emițând o energie de peste 1000 de ori mai mare decât cea radiată de Calea Lactee și cele 100 de miliarde de stele ale sale.

Cum puteau aceste obiecte să producă atâta energie? O explicație era că energia provenea de la cantități enorme de materie care se încălzea în timp ce era înghițită de o gaură neagră supermasivă, adică ultima lumină înainte de neant. Însă, explicațiile posibile nu sunt suficiente. Știința are nevoie de dovezi, iar astronomii s-au întrebat cum pot dovedi că găurile negre supermasive sunt într-adevăr motoarele invizibile ale quasarilor.

Găurile negre, cunoscute pentru forțele gravitaționale

Până la urmă, găurile negre sunt cunoscute pentru forțele gravitaționale. Așadar, de ce să nu urmărim orbitele stelelor sau ale norilor de gaz din apropiere de quasari? Bună idee, însă o problemă este faptul că acești quasari erau mult prea îndepărtați pentru a vedea în mod direct stelele sau norii de gaz care îi orbitau. Astfel, astronomii au trebuit să se concentreze pe sursele radio care, deși nu sunt la fel de puternice precum quasarii, erau situate în galaxii mai apropiate.

Astronomii și-au îndreptat atenția către centrul Căii Lactee și stelele de acolo. Exista o problemă: norii groși și imenși de praf interstelar dintre noi și centrul galactic. Acest praf absoarbe lumina din miezul Căii Lactee, astfel forțând astronomii să renunțe la folosirea luminii vizibile și să încerce cu lungimi de undă mai lungi, cum ar fi infraroșu sau unde radio, care trec prin nori aproape fără probleme.

Mișcarea gazului din jurul Sagittarius A* în lumină infraroșie

Tocmai asta au făcut Charles Townes și echipa sa de la Berkeley în anii 1970. Cercetătorii au urmărit mișcarea gazului din jurul Sagittarius A* în lumină infraroșie. De pe urma acestei mișcări, echipa sa a dedus că o cantitate de masă între 2 și 4 milioane de ori mai mare decât cea a Soarelui ar trebui să fie situată la câțiva ani-lumină de Sgr A*, compatibilă cu o gaură neagră supermasivă.

Rezultatul a fost unul fără precedent, însă nu și răspunsul final, pentru că două probleme încă erau nerezolvate. În primul rând, nu exista nicio garanție că gravitația era singura forță ce influența orbita gazului observat. De fapt, câmpurile magnetice și vânturile stelare ar putea perturba orbita într-un mod asemănător cu forța gravitațională a unei găuri negre.

În al doilea rând, tehnologia disponibilă atunci nu a permis echipei să se apropie de sursa radio cu mai mult de câțiva ani-lumină, distanță foarte mică la scară galactică dar încă de milioane de ori mai mare decât orice gaură neagră supermasivă. Astfel, nu a fost posibilă excluderea altor obiecte responsabile pentru orbitele observate ale stelelor și gazului, informează ESO.

Puteau oare să fie colectate dovezi și mai convingătoare?

În prima jumătate a anilor 1990, două echipe de astronomi s-au uitat independent la orbitele stelelor din jurul centrului galactic. Folosind optica adaptivă, echipele au reușit să vadă stele orbitând la o distanță de o lună-lumină de Sgr A*, la viteze impresionante de 2.000 km/s, încă un indiciu că o masă foarte compactă de câteva mase solare se ascundea acolo. Cele două echipe, coordonate de Reinhard Genzel și Andrea M. Ghez, aveau să fie recompensate în 2020 cu Premiul Nobel pentru Fizică.

Puteau oare să fie colectate dovezi și mai convingătoare? Da, dacă astronomii reușeau să observe stele chiar mai apropiate de centrul galactic.

O gaură neagră supermasivă, obiectul cel mai probabil din centrul galactic

O astfel de stea, cunoscută drept S2, a fost eventual descoperită, ajungând la o distanță de 17 ore-lumină de Sgr A*, adică de patru ori orbita lui Neptun în jurul Soarelui. Rezultatul a confirmat că un obiect de câteva milioane de mase solare era concentrat la scară planetară, astfel fiind excluse alte posibile explicații. Până în 2002, astronomii erau convinși că o gaură neagră supermasivă era obiectul cel mai probabil din centrul galactic.

În următorii ani, astronomii au putut urmări și mai multe stele, observa străfulgerări de lumină de la materia care dispărea dincolo de orizontul evenimentelor și au putut chiar urmări „în timp real” un nor de gaz care era spulberat de forța gravitațională a găurii negre.

Vă mai recomandăm să citiți și:

Sagittarius A*, gaura neagră din mijlocul galaxiei noastre, a eliminat două bule de gaze radioactive

Astronomii au descoperit că gaura neagră Sagittarius A* devine mai activă

Gaura neagră supermasivă din galaxia noastră ar putea transmite emisii radio către Pământ

Dezvăluire majoră despre găurile negre. Ce ar putea anunța echipa telescopului EHT?