In centrul caii LacteePregătiţi-vă de o experienţă "gastronomică" fascinantă în centrul galaxiei noastre. Evenimentul are în prim-plan o gaură neagră care ar putea devora cea mai mare parte a unui nor de praf şi gaz cunoscut drept G2, ce se apropie de aceasta.

 

 


O simulare pe un supercomputer pregătită de doi fizicieni de la Lawrence Livermore National Laboratory şi un fost coleg sugerează că o parte din G2 va supravieţui, deşi masa care va scăpa gravitaţiei găurii negre va fi de-a dreptul sfâşiată, lăsând norul de praf şi gaz sub o formă diferită şi cu o soartă pusă sub semnul întrebării.

Descoperirile sunt munca fizicianului Peter Anninos şi astrofizicianului Stephen Murray, ambii de la divizia AX a Weapons and Complex Integration Directorate (WCI), împreună cu fostul lor coleg Chris Fragile, acum profesor asociat la Colegiul Charlestone în Carolina de Sud, şi studenta lui, Julia Wilson.

 

Gaura neagra din centrul Caii Lactee
Simulări ale norului de gaz şi praf G2 aflat pe orbită în jurul găurii negre din centrul Căii Lactee, SgrA*.
Credit: M. Schartmann, L. Calcada/European Southern Observatory şi Max-Planck-Institut fur Extraterrestrische Physik.


Ei au creat şase simulări, folosind programul Cosmos++ dezvoltat de Anninos şi Fragile, care au necesitat mai mult de 50.000 de ore de calcul pe 3000 de procesoare ale supercomputerului Palmetto de la Universitatea Clemson din Columbia, Carolina de Sud.

Simulările precedente pentru evenimentul ce va avea loc au fost făcute în două dimensiuni, dar codul Cosmos++ include capabilitatea 3D, precum şi o îmbunătăţire unică numită "sistem în mişcare" (moving mesh), permiţând simulării să urmărească mai eficient evoluţia norului către gaura neagră.

Gaura neagră este cunoscuta sub numele de Sgr A*. „Sgr” este prescurtarea pentru Sagittarius, constelaţia de lângă centrul Căii Lactee. Majoritatea galaxiilor au o gaură neagră în centru, unele de zeci de mii de ori mai mari decât cea în discuţie.

„Deşi de 3 până la 4 milioane de ori mai mare decât Soarele nostru, ea a fost relativ liniştită”, potrivit lui Murray. „Nu înghite prea multă materie.” Contrar numelui lor, găurile negre pot fi foarte strălucitoare. Aceasta pentru că gazul care le orbitează pierde energie prin intermediul frecării, devenind mai fierbinte şi mai strălucitor pe măsură ce se îndreaptă în spirală spre interior, înainte de a cădea în gaura neagră.



Vizualizari 3D
Vizualizare volumică, tridimensională care se întinde pe perioada 2010-2020, a norului de gaz şi praf, pe măsură ce se apropie de gaura neagră Sgr A*, în vecinătatea centrului galaxiei Calea Lactee.


Compoziţia norului G2 este încă un mister. Astronomii au observat ceva în această regiune pentru prima dată în 2002, însă primele determinări detaliate ale mărimii şi orbitei lui G2 au fost făcute abia anul acesta. Temperatura prafului din nor a fost estimată la circa 550 Kelvin, de aproximativ două ori mai fierbinte decât temperatura de la suprafaţa Pământului. Gazul, în mare parte hidrogen, are temperatura de circa 10.000 Kelvin, aproape de două ori mai fierbinte decât suprafaţa Soarelui. Originea sa este încă necunoscută.

Murry spune: „Speculaţiile pleacă de la posibilitatea ca G2 să fi fost o stea bătrână carea a pierdut o parte din atmosfera exterioară şi ajung până la scenariul unei potenţial viitoare planete, nenăscute în cele din urmă din cauza unui mediu înconjurător prea încins.”

Pe măsură ce norul se apropie de gaura neagră şi începe să cadă în ceea ce Murray descrie a fi un „puţ gravitaţional” începând cu septembrie următor, va începe să elibereze energie, ajungând astfel la temperaturi incredibil de ridicate, vizibile cu telescoapele de raze-X şi infraroşii de pe Pământ precum şi de către sateliţii de pe orbită cum ar fi Observatorul de raze-X Chandra al NASA. Însă nu va fi vorba de o traiectorie de coliziune.

Punctul în care un obiect celest nu mai poate scăpa gravitaţiei, fiind înghiţit de o gaură neagră, este cunoscut ca raza Schwarzschild, o cantitate a cărei valoare depinde de masa găurii negre, viteza luminii şi de constanta gravitaţională.

Norul va trece destul de departe de gaura neagră, astfel încât va scăpa de punctul fără întoarcere cu aproximativ 2200 de raze Schwarzschild, distanţă care în acest caz este egală cu aproximativ 200 de distanţe Pământ - Soare.

Însă simulările pe supercomputer arată că norul nu va supravieţui călătoriei.

Potrivit lui Anninos, „există prea multă frecare dinamică pe care o suportă norul prin instabilităţi hidrodinamice şi alungire mareică din partea găurii negre. Aşa că o mare parte din energia sa cinetică şi momentul său cinetic vor fi disipate, iar norul se va destrăma într-un soi de structură incoerentă. O mare parte din nor se va alătura discului de acreţie încins din jurul găurii negre sau va fi capturat de către gaura neagră. Îşi va pierde o mare parte din energie, dar nu pe toată. Va deveni atât de difuz, încât este improbabil ca orice rămăşiţă din gaz să continue pe orbită.”

Întâlnirea va dura câteva luni. Întregul eveniment este preconizat să dureze mai puţin de un deceniu. Simulările sunt postate pe internet aici.

Ele arată norul modelat sub forma unei banale sfere gazoase, în apropierea punctului de pe orbita sa unde a fost prima dată descoperit. Pe măsură ce se apropie de Sgr A*, un proces numit alungire mareică (în contextul articolului, e vorba despre un fenomen de „revărsare” a materiei spre zonele periferice ale entităţii în discuţie, ca rezultat al „forțelor mareice” care apar la mișcarea în câmpuri gravitaționale extrem de intense - n.tr.) distorsionează puternic norul. Până la sfârşitul anului 2012, norul va avea o lungime de aproape cinci ori mai mare decât lăţimea sa.

Împreună cu alungirea mareică, norul suportă şi rezistenţă sub forma presiunii de înaintare pe măsură ce încearcă să-şi facă loc prin gazul fierbinte interstelar care umple deja spaţiul din jurul Sgr A*. Interacţiunile lui G2 cu acest gaz din fundal va cauza dezmembrări suplimentare ale norului din cauza instabilităţilor Rayleigh-Taylor şi Kelvin-Helmholtz. Împreună, aceste efecte vor contribui la smulgerea unei cantităţi de material din nor şi la alimentarea lui Sgr A* cu acesta.





Traducere realizată de Răzvan Gavrilă după Milky Way's black hole getting ready for snack, cu acordul Phys.org.


Dacă găsiţi scientia.ro util, sprijiniţi-ne cu o donaţie.


PayPal ()
CoinGate Payment ButtonCriptomonedă
Susţine-ne pe Patreon!