Sirkli galaktika ja selle supermassiivne must auk

James Webbi kosmoseteleskoop on puurinud oma vaate sügavale Sirkli galaktika südamesse, mis helendab tugevalt infrapunakiirguses. Tänu selle spektrivahemiku omadusele läbida nähtava valgusega võrreldes oluliselt hõlpsamalt tähtedevahelist tolmu, on Webb suutnud pildistada galaktika südames asuva supermassiivse musta augu vahetut ümbrust. Kui varasemalt arvati, et Sirki galaktika tuuma suur heledus on põhjustatud musta augu poolt eemale heidetud ülikuumast gaasist ja tolmust, siis värsked vaatlused näivad vihjavat vastupidisele - kuum ja hele tolmu- ja gaasipilv suundub pigem musta augu orbiidile ning toidab seda.

Meist "vaid" umbes 13 miljoni valgusaasta kaugusel paiknev Sirkli galaktiktika asub lõunapoolkera taevas samanimelises tähtkujus. Linnutee tasandist on see vaid nelja kraadi kaugusel, mistõttu on seda vaatamata suurele näivale heledusele keeruline samas suunas asuvatest tähtedest eristada. Sellel põhjusel avastati see alles 1977. aastal. Tüübilt kuulub Sirkli galaktika niinimetatud Seyferti galaktikate hulka ehk selle tuum on väga hele (peamiselt infrapunas) tänu selle keskmes asuva aktiivse musta augu tõttu. Neist võib mõelda kui väga nõrkadest kvasaritest.

Laiem foto on tehtud nähtavas valguses Hubble kosmoseteleskoobi poolt. Väiksem kast on tehtud Webbi kosmoseteleskoobi NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) instrumendiga. Allikas: NASA, ESA, CSA, E. Lopez-Rodriguez, D. Thatte; töötlus: A. Pagan (STScI)

M87 galaktika ja selle must auk

Neitsi galaktikaparve keskel asub hiidelliptiline galaktika M87. See meist 54 miljoni valgusaasta kaugusel asuv tõsine hiiglane sisaldab oma 134 tuhande valgusaastase läbimõõdu juures ühtekokku kusagil triljon ehk miljon miljonit tähte.

Kõige kuulsamaks teeb kõnealuse galaktika selle südames asuv supermassiivne must auk, millest suuremaid me enda kosmilisest lähipiirkonnast ei leia. Iga päev kusagil 90 Maa massi jagu ainet neelava ja selle tulemusel võimasalt raadio- ja röntgenkiirguses hõõguva musta augu massiks hinnatakse ligi kuus ja pool miljardit Päikest. Tegemist oli esimese supermassiivse musta auguga, mille "varju" (musta auku ennast polearusaadavalt võimalik näha) on suudetud jäädvustada. Sündmuste Horisondi Teleskoobiks kutsutud raadioteleskoopide võrgustiku poolt tehtud foto M87 mustast august avaldati 2019. aasta aprillis.

M87 galaktika südames paistev must auk paistab meile taevas umbes sama suur kui Kuu pinnal asuv sõõrik.

Üheks omapärasemaks osaks M87 juures on selle südamest tuhandeid valgusaastaid välja ulatuv niinimetatud relativistlik juga, mis koosneb valguse kiirusele lähedase kiirusega liikuvast plasmast (neutronite, prooonite ja elektronide supist). Selle allikaks ei ole miski muu kui ümbritsevat ainet neelav ja seeläbi oma poolustelt tohutut energiat välja kiirgav must auk.

M87 sisaldab lisaks triljonile tähele ja ülimalt massiivsele mustale augule suurt hulka kerasparvi, mis paistavad galaktikast tehtud fotodel otsekui tähed udus. Tegelikult koosneb see udu lugematutest tähtedest ning need pealtnäha tähed omakorda sadu tuhandeid kuni miljoneid tähti sisaldavatest kerajatest täheparvedest. Kui meie Linnutee sisaldab kerasparvi kusagil 150 (neist üht heledamat M13 keraparve näeme juba augustiöödel Heraklese tähtkujus), siis M87 sisaldab neid umbkaudu 15 tuhat.

All on näha videoklippi, mis on kokku pandud reaalsetest fotodest, mis on jäädvustatud erinevates elektromagnetkiirguse lainepikkustes töötavate teleskoopidega ning mille abil viiakse vaatleja galaktika südamesse eelmainitud musta augu juurde. Viimased kaadrid üritavad näidata, et kui suur see must auk õigupoolest Päikesesüsteemi, Neptuuni orbiidi ulatuse ja Voyageride kosmsoesondide kauguse näidetel on.

Illustratsiooni musta augu jaburalt pisikese näiva ehk Maa taevas paistva suuruse kohta vaata kommentaaridest.

Video autor: NASA's Goddard Space Flight Center

Kas supermassiivsed mustad augud liituvad peagi?

Vaatlused üle miljardi valgusaasta kaugusel asuva galaktika üha kiiremini tuksuvast südamest annavad lootust, et juba järgneva mõne aasta jooksul võib meil avaneda võimalus saada tunnistajaks ühele universumi haruldasemale ja astronoomide seas oodatumale nähtusele - kahe supermassiivse musta augu põrkumisele ja ühinemisele.

Jutt käib elliptilisest galaktikast kataloogitähisega SDSS J1430+2303, mis asub Linnuteest 1,11 miljardi (1100 miljoni) valgusaasta kaugusel ning mille heledas keskmes peaks kõigi eelduste kohaselt asuma kaks üksteise ümber tiirlevat supermassiivset musta auku. Nende kombineeritud mass võib meie Päikest ületada 200 miljonit korda.

SDSS J1430+2303 galaktika foto keskel.

Viimastel aastatel erinevates lainepikkustes tehtud vaatlustega on pandud tähele, et kõnealuse galaktika keskmest pärinev kiirgus näib võnkuvat. Kusjuures selle võnkumise tihedus on lühenenud kolme aasta jooksul oluliselt - umbes aastalt ühele kuule. Üheks juhtivaks teooriaks on, et selline kiirenev võnkumine on põhjustatud üksteisele üha lähenevate supermassiivsete mustade aukude ümber keerlevate tolmu- ja gaasiketaste kohtumisest. Kuigi meie teadmised selliste eksootiliste kehade omaduste kohta on kergelt öeldes lünklikud, on osad astrofüüsikud veendunud, et selline astronoomilises mõttes kibekiire muutus ennustab kohe-kohe* aset leidvat mustade aukude liitumist üheks veelgi suuremaks mustaks auguks.

All simulatsioon kahe supermassiivse musta augu tiirlemisest üksteise ümber.

Olgugi, et alates 2015. aastast on inimkonnal olnud võimekus tuvastada mustade aukude (ja neutrontähtede) liitumist niinimetatud gravitatsioonilainete detektorite abil, ei ole nendest taolise suursündmuse puhul abi. Nimelt on LIGO ja Virgo nimesid kandvad gravitatsioonidetektorid ehitatud tuvastama liitumisi lainepikkustes, kus osalevate mustade aukude massid jäävad kuhugi sajakonna Päikese massi juurde ja alla seda. Kümnetes ja sadades miljonites Päikese massides mõõdetavate mustade aukude liitumiste uurimiseks läheks meil tarvis detektoreid, mille interferomeetriteks nimetatud seadeldised oleksid miljoneid kilomeetreid pikad. Selline detektor või õigemini üksteisest kaugel asuvad detektorid, mille peab paigutama Päikese orbiidile, on arenduses LISA (Laser Interferometer Space Antenna) nime all ning valmida võiks see millalgi järgmise aastakümne lõpus.

Tugevalt stiliseeritud kujutlus gravitatsioonidetektorist Päikese orbiidil. Sinine spiraal peaks kujutama selle abil tuvastatavaid gravitatsioonilaineid.

Õnneks kaasneb supermassiivsete mustade aukude liitumisega lisaks gravitatsioonilistele lainetele ka tugev kiirgus pea terves elektromagnetspektris. Ühesõnaga peaks seda olema võimalik vaadelda muuhulgas ka nähtavas valguses. Sellise valguse heleduse muutused ajas annaksid meile enneolematut infot taoliste sündmuste kohta ning parandaksid oluliselt meie arusaamu supermassiivsete aukude liitumisest ja moodustumisest. Arusaadavatel põhjustel hoitakse sellel kaugel galaktikal üsna kiivalt silma peal.

Uurimuse SDSS J1430+2303 keskme perioodiliste muutuste kohta röntgenkiirguses leiab siit: https://arxiv.org/abs/2208.11968

*Kohe-kohe on suhteline mõiste. Kuna antud galaktika asub meist 1,1 miljardi valgusaasta kaugusel, näeme me selle puhul sündmusi, mis leidsid aset 1,1 miljardit aastat tagasi.