Co znajduje się w centrum galaktyki

obrazek

Ponieważ zaczęliśmy nasze rozważania od galaktyk, postawmy pytanie jak w tytule rozdziału.

Jeszcze przed powstaniem astronomii gwiazdowej, zwanej wówczas (koniec XVIII w. - pocz. XIX.), "astronomią odległych gwiazd", wygłaszane były poglądy o obecności w centrum naszej Galaktyki masywnych gwiazd. Angielski uczony Tomas Wright w 1750 r. twierdził na przykład, że widzialny pas Drogi Mlecznej oraz otaczające go gwiazdy tworzą system o kształcie młyńskiego koła lub płaskiego dysku. Według Immanuela Kanta (1755 r.) w środku Galaktyki musi istnieć ciało o wyjątkowej dużej masie; uważał, że mógłby być nim Syriusz(!) Z kolei, Johann Heirich Lambert (1761 r.), formułując pogląd o strukturalnej nieskończoności Wszechświata sądził, że Droga Mleczna jest tworem wyższego rzędu, skupionym wokół gigantycznego ciała centralnego [10].

W następnych dziesięcioleciach, badania nad ruchami własnymi gwiazd i ich paralaksami prowadzą do odkrycia, że centrum naszej Galaktyki znajduje się w gwiazdozbiorze Strzelca. Oczywiście, przystąpiono natychmiast do obserwacji tego fragmentu nieba, ale niczego ciekawego tam nie znaleziono. Dzisiaj wiemy, dlaczego; pył międzygwiazdowy utrudnia obserwacje w części widzialnej widma (absorpcja promieniowania wynosi 99%) [11].

Mimo tych ograniczeń astronomia gwiazdowa rozwija się szybko, wykorzystując osiągnięcia powstających nowych dziedzin fizyki i astronomii. Zastosowanie metod statystyki matematycznej, mechaniki statystycznej, astrofizyki i astrometrii oraz kinematyki i dynamiki układów gwiazdowych doprowadziło w latach dwudziestych do odkrycia ruchu obrotowego Galaktyki. Olbrzymie triumfy na polu obserwacyjnym (Oort, Zwicky) i teoretycznym (Kepteyn, Seeliger) odnosiła astronomia gwiazdowa w latach 20-30 - tych XX w., ale prawdziwy skok jakościowy nastąpił w latach 50-60-tych, w związku z rozwojem nowych technik obserwacyjnych (próbniki balonowe i radio-astronomia, obserwacje w podczerwieni, sztuczne satelity - astronomia pozaatmosferyczna), które pozwoliły na zbieranie danych z całego zakresu widma fal elektromagnetycznych.

obrazek

Bardzo wcześnie, jeszcze w latach sześćdziesiątych, zaczęto podejrzewać, że w procesie emisji energii z Centrum Galaktyki muszą mieć swój udział obiekty o masach miliardy razy większych niż masa Słońca. Rozważano różne możliwości, wśród nich i taką, że w centrum galaktyki znajduje się ogromna gromada gwiazd, w której pojedyncze gwiazdy, jedna po drugiej, wybuchają jako supernowe. Jednak w 1963 r. F. Hoyle i W. A. Fowler wysuwają pogląd, że źródłem energii z Centrum może być grawitacyjne kurczenie się bardzo masywnego ciała. Logiczną konsekwencją tej hipotezy jest koncepcja masywnej czarnej dziury w Centrum, a wraz nią tzw. model standardowy.

Założenia wspomnianego modelu są następujące: w sąsiedztwie czarnej dziury znajduje się materia (pył i gaz), która posiada moment pędu związany z ruchem dookoła środka galaktyki. Gaz spadając po spirali w kierunku czarnej dziury wyzwala energię potencjalną grawitacji, która następnie, poprzez procesy termiczne może zostać wypromieniowana. Gaz opada na czarną dziurę nie wprost, ale tworzy rozgrzany wir, zwany dyskiem akrecyjnym (łac. acretio - wzrost, przybywanie). Dysk rotuje różnicowo, tzn., że różne jego warstwy mają różną prędkość, co prowadzi do nagłego wzrostu temperatury gazu. Olbrzymia wydajność procesu akrecji, powoduje, że dysk rozgrzewa się do kilku milionów stopni, a gorąca korona wokół dysku - do kilku miliardów stopni (!). W rezultacie obserwujemy radiowe i wysokoenergetyczne promieniowanie termiczne opisane prawem Plancka.

Ostatnie lata to następny, znaczący krok w rozwoju w narzędzi obserwacyjnych: (teleskopy Keck - 10m, teleskop kosmiczny Hable’a, astronomia rentgenowska i gamma); najnowsze doniesienia, na podstawie bardzo starannych obserwacji w Centrum, oceniono masę czarnej dziury na 2,6.106 mas Słońca [10]. Jeżeli przyjmiemy, że promień czarnej dziury odpowiadającej masie Słońca wynosi 3 km, to szacuje się, że rozmiary Centrum wynoszą:

obrazek

(au = astronomical unit - jednostka astronomiczna - odległość Ziemia-Słońce). Mówimy oczywiście o tzw. promieniu grawitacyjnym, zwanym też promieniem Swarzchilda.
 

Czarna dziura w Centrum Galaktyki jest identyfikowana z radioźródłem Sgr A* (Sagittarius – Strzelec), które wysyła ogromne ilości energii, ok. 10 % emisji całej Galaktyki. Emisja tego radioźródła pochodzi od promieniowania synchrotronowego relatywistycznych elektronów, poruszających się w silnych polach magnetycznych. Dowody potwierdzające te hipotezę nie są jednak wystarczająco silne. Zwraca się uwagę na małe rozmiary Sgr A* (mniejsze niż promień orbity Marsa) i kształt widma, typowy dla promieniowania gazu spadającego na czarną dziurę. Dodatkowym argumentem jest niewielka prędkość Sgr A*. Obiekt o masie typowej dla gwiazdy w silnym polu grawitacyjnym, jakie mamy w środku Galaktyki, powinien poruszać się ze znaczną prędkością. Przeciwnicy twierdzą, że czarna dziura, która zbiera materię z otoczenia, musi być silnym źródłem promieniowania X (takie źródło rzeczywiście wykryto, ale jest ono dość słabe). Pozostawała jednak inna, choć mniej prawdopodobna, możliwość: pole grawitacyjne jest wytwarzane przez bardzo gęstą gromadę słabo świecących obiektów (np. gwiazd neutronowych) [12].

Jednym ze sposobów rozwiązania tych kontrowersji jest badanie ruchów gwiazd w Centrum Drogi Mlecznej. Można w ten sposób określić kształt i natężenie pola grawitacyjnego. Jak wiemy z lekcji fizyki natężenie pola jest ścisłe związane z potencjałem. Wracamy zatem jeszcze raz do postawionego w tytule artykułu pytania:

CO ZNAJDUJE SIĘ W CENTRUM GALAKTYKI?


Musimy jednak pamiętać, że badanie opisanego wyżej modelu, jego różnych rozwinięć i modyfikacji, a następnie ich weryfikacja jest dopiero pierwszym przybliżeniem opisu skomplikowanych zjawisk zachodzących w Centrum. Mimo rozpowszechnienia wspomnianego modelu nie brak wśród astrofizyków zwolenników innych rozwiązań. Jeszcze pod koniec lat 90-tych, pojawiały się doniesienia o gromadach białych karłów i pulsarów w Centrum, populacji pulsarów czy słabo świecących gwiazd neutronowych. W pobliżu centrum Galaktyki brak jakichkolwiek dramatycznych wydarzeń i dlatego do niedawna Drogę Mleczną zaliczano do tzw. galaktyk normalnych, to jest takich, że wokół centrum nie tworzy się dysk akrecyjny wskutek wyczerpania ”paliwa”. Ostatnio jednak pojawiła się hipoteza, że nasza galaktyka należy jednak do galaktyk aktywnych, tzn. w Centrum znajduje się aktywne jądro, gdzie źródłem promieniowania są nie tylko gwiazdy; przypuszczenie to ma coraz więcej zwolenników [13].

Rozważania o potencjale dotyczyły obiektów o symetrii sferycznej. Do takich należą również zwarte, silnie skoncentrowane skupiska gwiazd zwane gromadami kulistymi. Ale gromady i galaktyki nie są ostatnim szczeblem kosmicznej struktury, lecz grupują się w gromady galaktyk i supergromady. Rozmiary galaktyk sięgają 300 tysięcy lat świetlnych, gromad - 30 mln lat świetlnych, supergromad - 300 mln. Gromady zawierają od kilku-dziesięciu do kilku tysięcy galaktyk, supergromady - to kilka lub kilkanaście bogatych gromad galaktyk. Droga Mleczna znajduje w zespole 30 galaktyk zwanych Grupą Lokalną, która wraz z najbliższą gromadą w gwiazdo-zbiorze Panny wchodzi skład Lokalnej Supergromady.

 


   I Liceum Ogólnokształcące   
im. Kazimierza Brodzińskiego
w Tarnowie

©2024 mgr Jerzy Wałaszek

Dokument ten rozpowszechniany jest zgodnie z zasadami licencji
GNU Free Documentation License.

Pytania proszę przesyłać na adres email: i-lo@eduinf.waw.pl

W artykułach serwisu są używane cookies. Jeśli nie chcesz ich otrzymywać,
zablokuj je w swojej przeglądarce.
Informacje dodatkowe