Nagy vihar volt a Tejútrendszer központjában

Új képeket közöltek a Tejútrendszer középpontjában lévő óriás fekete lyuk közvetlen környékének viharos eseményeiről. A különleges repülőgépről készített felvételek sokkal részletgazdagabbak, mint az űrtávcsövek más hullámhosszakon készült képei.

Sok más galaxishoz hasonlóan sajátunk, a Tejútrendszer középpontjában is óriási, mintegy 4 millió naptömegű fekete lyuk található. Ezt veszi körül egy gázból és porból álló, hét fényév átmérőjű gyűrű (Circumnuclear Ring, CNR), amelyből időnként anyag hullik be a fekete lyukba.

A kutatók ezt a gyűrűt és a közelében fekvő öt fiatal csillaghalmazt (QC, Quintuplet Cluster) figyelték meg a SOFIA nevű repülő infravörös csillagászati obszervatóriummal (lásd később). Megállapították, hogy a Tejútrendszer középpontjában 4-6 millió évvel ezelőtt különösen viharos eseményeknek kellett lejátszódniuk, ami heves csillagkeletkezést eredményezett, így jöhetett létre a megfigyelt ötös halmaz (QC). Hasonló, "csillaggyárnak" nevezett jelenséget sok más galaxisban is megfigyeltek. Egyes galaxisokban a jelenség kölcsönhatásban áll a csillagrendszer magjában lévő óriás fekete lyukkal, másoknál nem.

A NASA Spitzer infravörös űrtávcsövével készített korábbi, nagyobb látómezejű felvételén látható a CNR és a QC területek elhelyezkedése

A kutatókat elsősorban az érdekelte, milyen mechanizmus gyorsítja és fűti fel a CNR anyagát. A Tejútrendszer központi vidékének tanulmányozása elsősorban a fekete lyuk működésének megértése szempontjából fontos. A Tejútrendszer magja közel van (kb. 30 ezer fényév), ezért részletesen tanulmányozható, bár a Tejútrendszer síkjában koncentrálódó csillagközi por akadályozza a kilátást.

Mindkét objektumot a 19,7, 31,5 és 37,1 mikrométeres hullámhosszon figyelték meg 2011 júniusában, a SOFIA 63. és 64. felszállásakor. A képek felbontása 2,5 ívmásodperc. A CNR-ről készített felvétel a Tejútrendszer középső, 20 fényév körüli kiterjedésű területét ábrázolja. A képen részletesen feltárul a fekete lyuk körüli, tórusz alakú gáz- és porgyűrű, a meleg por kirajzolja a gyűrű belső peremének szerkezetét. Különösen feltűnőek a gyűrűn belül a forró, ionizált gázból álló áramlások, ahol a gyűrű anyaga belehull a központi fekete lyukba. Bár ezek a gázáramok fényesebbnek látszanak, a mérések szerint a gyűrűben nagyobb az anyagsűrűség. Kimutatták, hogy a 65-85 K közötti hőmérsékletű gyűrű fűtése belülről történik, azt egy kb. 5 fényév távolságban lévő, a Nap fényerejének 20 milliószorosával sugárzó objektum biztosíthatja. Emellett magába a gyűrűbe is beágyazódnak melegebb tartományok, a kutatók véleménye szerint ezek csillagkeletkezési helyek lehetnek. A megfigyelt sugárzás döntően a gyűrű belső, 1 fényév vastag pereméből érkezik. A gyűrű középpontja egybeesik a Sagittarius A nevű erős rádióforrással, amelyet a Tejútrendszer középpontjával azonosítanak.

Balra: a SOFIA közepes infravörösben készített felvétele a Tejútrendszer magját körülvevő gyűrűről (CNR-terület). A fényes, Y-ra emlékeztető alakú képződmény a gyűrűből a Tejútrendszer közepén lévő fekete lyukba hulló anyag. A természetesen láthatatlan fekete lyuk ott lehet, ahol az Y szárai találkoznak. Jobbra: a Hubble-űrtávcső (HST) közeli infravörösben, 1,9 mikrométer hullámhosszon készített felvétele ugyanerről a területről. A HST képén a főként a látható tartományban és a közeli infravörösben sugárzó csillagok látszanak, ezek viszont a SOFIA képén, a nagyobb hullámhosszakon már láthatatlanok maradnak. A rövid hullámhosszakon a Tejútrendszer síkjában található átlátszatlan por elrejti a közepes infravörösben, a SOFIA felvételén észrevehető képződményeket

A QC esetében azonosították a halmaz valódi tagjait (QPM, quintuplet proper member) és megállapították, hogy a megfigyelések összhangban állnak a korábbi modellel, miszerint porburokkal körülvett csillagokat látunk. Az egyes objektumok luminozitása legalább százezerszerese a Napénak. A porburkok belső sugara 260 és 5400 csillagászati egység (cse) közötti, külső sugara 13 ezer és 45 ezer cse közötti, a por hőmérséklete méréseik szerint 60 és 110 K között van (ami mínusz 160 és mínusz 210 Celsius-fok hőmérsékletnek felel meg, de a világűr viszonyai között ez melegnek számít).

Balra: a SOFIA felvétele a Tejútrendszer magjától mindössze 100 fényévre fekvő QC területről. A képen kékesfehér színűnek látszó objektumok a fiatal csillagokat körülvevő porburkok, amelyeket a fényes, fiatal csillagok belülről fűtenek fel a közepes infravörösben erősen sugárzó hőmérsékletűre. Az alattuk látható, kissé elnyúlt, csepp alakú képződmény olyan anyagburok, amelyet egy nagyon nagy tömegű, ezért már élete végére jutott csillag dobott le magáról. Jobbra: a HST közeli infravörös felvétele ugyanezen tartományról. A csillagközi por elnyelő hatása miatt az izgalmas részletek ezen sem látszanak, a csillagok infravörös sugárzása viszont éppen ebben a tartományban tanulmányozható legjobban

A SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) a NASA és a Német Repülő- és Űrügynökség (DLR) közös, repülő infravörös csillagászati obszervatóriuma. Mivel a látható fénynél nagyobb hullámhosszú infravörös sugárzást (tulajdonképpen a hősugarakat) a földi légkör nagyrészt elnyeli, ezért az infravörös csillagászati megfigyelések repülőgépek, ballonok vagy űreszközök fedélzetéről, illetve magashegyi obszervatóriumokból végezhetők. A SOFIA 2,5 méter átmérőjű, Németországban készített távcsövét egy Boeing-747SP repülőgép törzsébe szerelték be. A távcsővel az első észleléseket 2010 májusában végezték. Három legfontosabb műszere a közeli (FLITECAM, 1-5 mikrométer), a közepes (FORCAST, 5-40 mikrométer) és a távoli (HAWC, 42-210 mikrométer) infravörös tartományban dolgozik, a cikkünkben szereplő észleléseket a FORCAST-tal végezték. A gépet a NASA Dryden Repülési Kutatóközpontja üzemelteti, heti 3-4 felszállást hajtanak végre, a megfigyelés közben 13-14 km magasságban repülnek. A szakmai irányítást a NASA Ames Kutatóközpont csapata végzi, a Stuttgarti Egyetemen működő Német SOFIA Intézettel közösen.

A SOFIA infravörös repülő obszervatórium egy Boeing-747SP törzsébe épített, 2,5 méter átmérőjű távcső