Αστρονόμοι χρησιμοποίησαν το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb για να παρατηρήσουν εκλάμψεις από τον Τοξότη Α*, την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο του Γαλαξία μας που έχει μάζα περίπου 4 εκατ. φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου.
Η νέα μοντελοποίηση αυτών των παρατηρήσεων μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν πώς οι μαύρες τρύπες παράγουν αυτές τις εκλάμψεις και να αποκαλύψει τον ρόλο των μαγνητικών πεδίων στη διαμόρφωση της ύλης γύρω από αυτά τα κοσμικά μεγαθήρια. Η ερευνητική ομάδα παρατήρησε για πρώτη φορά εκλάμψεις από τον Τοξότη Α* στο μέσο υπέρυθρο φάσμα. Οι εκλάμψεις έχουν παρατηρηθεί τακτικά σε κοντινό υπέρυθρο και σε άλλα μήκη κύματος φωτός με κάθε παρατήρηση να δίνει διαφορετική εικόνα της ίδιας έκλαμψης.
Αυτό συμβαίνει επειδή οι αλλαγές που υφίσταται μια εκλάμψη μιας μαύρης τρύπας μετά την εκτόξευσή της και πριν εξασθενήσει δεν εμφανίζονται σε όλα τα μήκη κύματος. Έτσι οι παρατηρήσεις μιας έκλαμψης σε διαφορετικά μήκη κύματος βοηθούν στην καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών εκτόξευσης και των χρονικών κλιμάκων εξέλιξής της.
Μέχρι πρόσφατα όμως, οι παρατηρήσεις στο μέσο υπέρυθρο ήταν ένα κενό σε αυτό το κοσμικό παζλ. Οι νέες παρατηρήσεις του James Webb που μελέτησε και μοντελοποίησε η ερευνητική ομάδα γεφυρώνουν αυτό το κενό στο φάσμα των εκλάμψεων του Sgr A* ανάμεσα στο υπέρυθρο και τα ραδιοκύματα.
«Τα δεδομένα στο μέσο υπέρυθρο είναι συναρπαστικά γιατί χάρη στα νέα δεδομένα του James Webb μπορούμε να καλύψουμε το κενό μεταξύ των ραδιοκυμάτων και του κοντινού υπέρυθρου που μέχρι τώρα ήταν μια ‘τεράστια τρύπα’ στο φάσμα του Toj;oth A*. Από τη μια η έκλαμψη στο μέσο υπέρυθρο μοιάζει με μια τυπική κοντινή υπέρυθρη έκλαμψη οπότε τώρα γνωρίζουμε ότι οι εκλάμψεις συμβαίνουν και σε αυτό το φάσμα και αυτό δεν είναι καθόλου αυτονόητο,γιατί για παράδειγμα η ραδιομεταβλητότητα φαίνεται πολύ διαφορετική και δεν βλέπουμε εμφανείς κορυφές εκλάμψεων στη φωτεινότητα» λέει ο Σεμπαστιάνο φον Φέλλενμπεργκ από το Ινστιτούτο Μαξ Πλανκ για την Ραδιοαστρονομία στη Βόννη της Γερμανίας,
Επιπλέον για πρώτη φορά η ομάδα παρατήρησε την πηγή σε τέσσερα διαφορετικά μήκη κύματος ταυτόχρονα με ένα όργανο επιτρέποντάς τους να μετρήσουν τον λεγόμενο φασματικό δείκτη στο μέσο υπέρυθρο.
Η ενέργεια
Οι μαύρες τρύπες έχουν ένα μοναδικό χαρακτηριστικό, την περιοχή που ονομάζεται «ορίζοντας γεγονότων» όπου η βαρυτική επίδραση είναι τόσο ισχυρή που ούτε το φως δεν μπορεί να δραπετεύσει.
Ωστόσο, η κεντρική υπερμεγέθης μαύρη τρύπα του γαλαξία μας εκπέμπει τακτικά εκλάμψεις φωτός. Η αιτία αυτών των αποβολών ενέργειας δεν είναι πλήρως γνωστή αλλά οι προσομοιώσεις υποδεικνύουν ότι μπορεί να οφείλονται σε αλληλεπιδράσεις των γύρω μαγνητικών πεδίων. Όταν οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου συνδέονται απελευθερώνεται τεράστια ποσότητα ενέργειας, η οποία με τη σειρά της εκλύει ακτινοβολία σύγχροτρον, ένα ηλεκτρομαγνητικό κύμα που εκπέμπεται από φορτισμένα σωματίδια,.
Η αλλαγή του φασματικού δείκτη του Τοξότη A* κατά τη διάρκεια της εκλάμψης αποκάλυψε στην ομάδα ότι συμβαίνει «συγχροτρονική ψύξη» γύρω από την τρύπα. Η συγχροτρονική ψύξη συμβαίνει όταν τα ηλεκτρόνια υψηλής ταχύτητας χάνουν ενέργεια εκπέμποντας την εν λόγω ακτινοβολία η οποία τροφοδοτεί τις παρατηρούμενες εκπομπές στο μέσο υπέρυθρο.
Ο φον Φέλλενμπεργκ εξήγησε ότι χωρίς παρατηρήσεις υψηλής ευαισθησίας σε πολλαπλά μήκη κύματος αυτή η συμπεριφορά δεν είχε επιβεβαιωθεί πριν. «Το ενδιαφέρον είναι ότι η ταχύτητα αυτής της ψύξης εξαρτάται από την ένταση του μαγνητικού πεδίου, και τώρα μπορούμε να την μετρήσουμε για την εκάστοτε εκλάμψη.»
Η νέα μέθοδος προσδιορισμού της έντασης του μαγνητικού πεδίου είναι ιδιαίτερα χρήσιμη καθώς είναι «καθαρή», χωρίς να απαιτούνται πολλές παραδοχές, κάτι σημαντικό για θεωρητικά μοντέλα του Sgr A* όπου η ένταση του μαγνητικού πεδίου είναι κρίσιμη.
Οι επιστήμονες τόνισαν ότι αυτές οι παρατηρήσεις δεν θα ήταν δυνατές χωρίς το JWST και ιδιαίτερα τη λειτουργία Μέσης Ανάλυσης Φασματογράφου (MRS) του Οργάνου Μέσου Υπέρυθρου (MIRI). Όπως εξήγησε ο φον Φέλλενμπεργκ, «Για να επιτευχθεί τόσο υψηλή ευαισθησία στο μέσο υπέρυθρο, χρειάζεται να πάμε στο διάστημα, καθώς η ατμόσφαιρα παρεμβαίνει στις επίγειες παρατηρήσεις σε αυτό το μήκος κύματος. Επιπλέον, το MIRI/MRS είναι το πρώτο όργανο που δίνει τόσο ευρύ φάσμα για τον Sgr A*, κάτι απαραίτητο για τη μέτρηση του φασματικού δείκτη, οπότε πρόκειται για διπλό πλεονέκτημα!»
