Poprzez obserwacje i modelowanie komputerowe astronomowie próbowali znaleźć brakującą materię w bilansie masy całej Drogi Mlecznej. Przy okazji okazało się, że kilka milionów lat temu supermasywna czarna dziura w centrum galaktyki prawdopodobnie przechodziła okres niezwykle silnej aktywności.
Droga Mleczna – galaktyka, w której znajduje się Słońce wraz z Ziemią i Układem Słonecznym – ma masę szacowaną nawet na 1 lub 2 biliony mas Słońca. Około pięć szóstych stanowi ciemna materia. Pozostała część, czyli 150-300 miliardów mas Słońca, jest w formie normalnej materii. Jednak gdy zsumuje się wszystkie gwiazdy, gaz i pył, który widzimy, daje to jedynie około 65 miliardów mas Słońca. Gdzie zatem podziała się reszta zwykłej materii?
„Musieliśmy pobawić się w kosmiczną zabawę w chowanego i zastanowić, gdzie ukryła się brakująca materia. Przeanalizowaliśmy archiwalne obserwacje rentgenowskie z obserwatorium XMM-Newton i ustaliliśmy, że zaginiona masa może ukrywać się pod postacią bardzo gorącego gazu, który niczym mgła przenika naszą galaktykę. Ta mgła absorbuje promieniowanie X od odleglejszych źródeł tła” – tłumaczy Fabrizio Nicastro z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) i Italian National Institute of Astrophysics (INAF), główny autor publikacji, która ukaże się w „The Astrophysical Journal”.
Badacze wykorzystali pomiary absorpcji do obliczenia ilości normalnej materii znajdującej się w galaktyce i oceny sposobu jej rozmieszczenia. Próbowano różnych modeli komputerowych, ale okazało się, że modele z jednorodnym rozmieszczeniem gazu nie pasują do wyników obserwacji. Najlepiej pasował model z „bąblem” w centrum galaktyki. Według modelu bąbel rozciągnął się na dwie trzecie odległości od centrum Drogi Mlecznej do Ziemi.
Wyczyszczenie takiego olbrzymiego bąbla wymaga gigantycznych ilości energii, która mogła pochodzić od aktywności supermasywnej czarnej dziury. Według autorów publikacji gdy część gazu spadała na czarną dziurę, inna część była rozpędzana do prędkości 1000 km/s (około 3,5 miliona km/h). Po sześciu milionach lat fala uderzeniowa przemieściła się na dystans 20 tysięcy lat świetlnych. W międzyczasie czarna dziura wyczerpała gaz ze swojego otoczenia i z fazy aktywnej przeszła do fazy spokojnej.
Pozostałością po fazie aktywnej jest istnienie gwiazd o wieku 6 milionów lat, znajdujących się blisko centrum Drogi Mlecznej. Uformowały się one z części materii, która poruszała się niegdyś w pobliżu czarnej dziury. Faza aktywna supermasywnej czarnej dziury trwała według obliczeń od 4 do 8 milionów lat.
Obserwacje i modele komputerowe pokazują, że gorący gaz o temperaturze milionów stopni Celsjusza może stanowić nawet 130 miliardów mas Słońca. Może to być wyjaśnieniem brakującej materii – spora jej część jest po prostu zbyt gorąca, aby ją łatwo dostrzec.
Naukowcy chcieliby dokładniej zbadać to zagadnienie. Ma w tym pomóc planowana na 2028 rok misja Athena, czyli kosmiczne obserwatorium rentgenowskie, które zostanie wysłane przez Europejską Agencję Kosmiczną (w projekcie biorą udział naukowcy z Polski), a także amerykańskie obserwatorium X-ray Surveyor, którego potencjalne wysłanie w kosmos jest aktualnie rozważane.
