Στις 22 και 28 Ιούλιου του 2018, η συσκευή GRAVITY του Very Large Telescope του European Southern Observatory παρατήρησε την κίνηση δύο διαφορετικών πηγών ακτινοβολίας γύρω από την υπερμεγέθη μελανή οπή που βρίσκεται στο κέντρο του γαλαξία μας. Τα δύο επονομαζόμενα 'flaring events' διήνυσαν μία συνολική απόσταση ~120μαs σε χρονική διάρκεια ~30 λεπτών, διαγράφοντας μέρος μίας κυκλικής τροχιάς στη γειτονιά της μελανής οπής. Προς μεγάλη μας έκπληξη, η μέγιστη τιμή της λαμπρότητάς τους άγγιξε την τιμή της λαμπρότητας του αστέρος S2, που ισούται κατά προσέγγιση με $\sim15\,mJy$. Η διερεύνηση της κίνησης των δεδομένων πηγών αποτελεί ακόμη ένα ανοικτό πρόβλημα στην επιστημονική κοινότητα, και ήταν η κινητήριος δύναμη για την παρούσα εργασία.
Στα πλαίσια της έρευνάς μας, κατασκευάσαμε έναν καινούργιο αλγόριθμο ανίχνευσης φωτονίων σε περιβάλλοντα μελανών οπών στη γλώσσα Python. Η διαδικασία αυτή είναι γνωστή ως 'General Relativistic Radiative Transfer' και συνδυάζει την επίλυση των γεωδαισιακών εξισώσεων κίνησης ενός φωτονίου με την ολοκλήρωση των εξισώσεων διάδοσης της ακτινοβολίας. Το αποτέλεσμα είναι μία πλήρης απεικόνιση του χωρόχρονου γύρω από τη μελανή οπή, καθώς στον ερευνητή είναι διαθέσιμες τόσο οι τροχιές, όσο και η ένταση της ακτινοβολίας των ακτίνων. Στην εργασία μας, παρουσιάζουμε το θεμελιώδη τρόπο λειτουργίας του κώδικα, ελέγχουμε τα αποτελέσματά μας με την υπάρχουσα βιβλιογραφία και επιχειρούμε να ερμηνεύσουμε τα παρατηρησιακά δεδομένα του GRAVITY σχετικά με την κίνηση φωτεινών πηγών σε περιβάλλοντα μελανών οπών.
(EL)
On 22, 28 July 2018, the GRAVITY instrument of the European Southern Observatory - Very Large Telescope captured the orbital motion of two unique emission sources around the supermassive black hole located at the center of the Milky Way. These flaring events traversed a distance of $\sim 120\,\mu\text{as}$ over a duration of $\sim 30\,\text{min}$, tracing a significant part of a circular orbit in the vicinity of the black hole. To our great surprise, their maximum brightness reached the brightness value of the star S2, which is approximately equal to $\sim15\,\text{mJy}$. Exploring the motion of these flares remains an open problem in the scientific community and has been the driving force behind this work.
In the course of our research, we developed a new General Relativistic Radiative Transfer code in Python that simultaneously solves the geodesic equations of motion and the radiative transfer equations for light. The result is a complete visualization of the spacetime around a black hole, yielding both the trajectories and the intensity of the radiation. In this work, we present the fundamental elements of the code, validate our results against existing literature, and attempt to interpret the observational data from GRAVITY regarding the motion of bright sources in black-hole environments.
(EN)
Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
