Untersuchung des supermassiven Schwarzen Lochs in unserer Galaxie

Das supermassive Schwarze Loch (SMBH) im Kern unserer Galaxie, Sagittarius A*, ist mit nur 4,15 Millionen Sonnenmassen von bescheidener Größe. Das Event Horizon Telescope (EHT) veröffentlichte kürzlich ein dramatisches Submillimeterbild von ihm, wie es von seiner leuchtenden Umgebung beleuchtet wird. Viele Galaxien haben nukleare SMBHs, die tausendmal größer sind, zum Beispiel der Kern von M87, dessen Bild vom EHT im Jahr 2020 aufgenommen wurde. Aber SagA* ist uns relativ nahe, nur etwa fünfundzwanzigtausend Lichtjahre, und seine Die Nähe bietet Astronomen eine einzigartige Gelegenheit, die Eigenschaften von SMBHs zu untersuchen.

Wenn sich Gas und Staub langsam auf die heiße, scheibenähnliche Umgebung eines Schwarzen Lochs ansammeln, strahlen sie über das gesamte elektromagnetische Spektrum. Die episodische Akkretion und die variablen Strahlungsausbrüche bieten Hinweise auf die Art der Akkretion, die Dimensionen und Orte jedes Ereignisses in der komplexen Umgebung des Schwarzen Lochs (in oder in der Nähe des Torus? in einem Teil des Windes?) und wie die Episoden sein könnten miteinander und mit Eigenschaften des Schwarzen Lochs, beispielsweise seinem Spin, zusammenhängen. Jede Wellenlänge trägt ihre eigenen Informationen, und eines der wichtigsten diagnostischen Werkzeuge ist der Zeitunterschied zwischen Fackeln bei verschiedenen Wellenlängen, die verfolgen, wo im Ausbruch die verschiedenen Produktionsmechanismen auftreten. Sag A* ist nahe genug, dass es seit seiner Entdeckung in den 1950er Jahren bei Radiowellenlängen überwacht wurde; im Durchschnitt sammelt Sgr A* Material mit einer sehr geringen Rate an, einige Hundertstel einer Erdmasse pro Jahr, aber genug, um Variabilität sowie dramatischere Eruptionen zu erzeugen.

Die CfA-Astronomen Steve Willner, Giovani Fazio, Mark Gurwell, Joe Hora und Howard Smith und ihre Kollegen haben eine zeitliche Analyse von koordinierten, simultanen Nahinfrarot-, Röntgen- und Submillimeter-Beobachtungen von SagA* mit der IRAC-Kamera auf Spitzer abgeschlossen Chandra-Röntgenobservatorium, die NuSTAR-Mission, ALMA und das GRAVITY-Instrument am Very Large Telescope Interferometer; Die Kampagne erforderte eine komplexe Missionsplanung und die Reduzierung mehrerer Arten von Datensätzen. Flaring-Ereignisse wurden zwischen dem 17. und 26. Juli 2019 beobachtet (leider wurde die SMA zu diesem Zeitpunkt aufgrund von Protesten auf dem Berg geschlossen). Das Team stellt fest, dass die Aktivität von 2019 eine ungewöhnlich hohe Akkretionsrate widerzuspiegeln scheint. Während beobachtet wurde, dass einige der Ereignisse gleichzeitig auftraten, trat das Submillimeter-Flaring (ALMA) etwa 20 Minuten nach den Infrarot- und Röntgen-Flares (Chandra) auf.

Die Wissenschaftler ziehen drei Szenarien in Betracht: Die Infrarot- und Röntgenstrahlung in diesen Fackeln entstand durch geladene Teilchen, die in starken Magnetfeldern spiralförmig umherwirbelten; Infrarot und Submillimeter kamen aus diesem ersten Prozess, aber die Röntgenemission wurde erzeugt, als Infrarotphotonen mit geladenen Teilchen kollidierten, die sich nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegten; und schließlich, dass nur die Submillimeterstrahlung aus dem ersten Prozess stammte und alle anderen Bänder durch den zweiten erzeugt wurden. Leider können bodengestützte Beobachtungen nicht kontinuierlich sein, und infolgedessen wurde der Zeitpunkt des Höhepunkts der Submillimeter-Emissionseruption nicht beobachtet, was es schwierig macht, eine Zeitverzögerung zwischen ihr und den Röntgenstrahlen zu bestimmen, die ihr Auftreten signalisieren könnten einem anderen Ort oder aus einem anderen Prozess. Das Team, das seine Ergebnisse mit früheren Variabilitätsstudien kombiniert, findet ein konsistentes Bild, in dem die Infrarot- und Röntgenstrahlen aus dem zweiten Prozess stammen, gefolgt von einer Submillimeteremission aus dem ersten in einem sich ausdehnenden, kühlenden magnetisierten Plasma.

Die Studie wurde veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journal.