W centrum naszej galaktyki znajduje się region, w którym około 10 milionów gwiazd jest upakowanych w odległości zaledwie 1 parsek (3,25 lat świetlnych) przestrzeni. W centrum tego leży supermasywna czarna dziura (SMBH) znana jako Strzelec A *, która ma masę ponad 4 milionów Słońc. Przez dziesięciolecia astronomowie starali się lepiej przyjrzeć temu regionowi, mając nadzieję na zrozumienie niewiarygodnych sił w pracy i ich wpływu na ewolucję naszej galaktyki.
Znaleźli szereg gwiazd, które krążą bardzo blisko Strzelca A * (jak S1 i S2), które zostały użyte do przetestowania ogólnej teorii względności Einsteina. Niedawno zespół z inicjatywy UCLA Galactic Center Orbits Initiative wykrył serię zwartych obiektów, które również krążą wokół SMBH. Obiekty te wyglądają jak obłoki gazu, ale zachowują się jak gwiazdy, w zależności od tego, jak blisko są na orbitach Strzelca A *.
Badanie, które opisuje ich odkrycia, które niedawno ukazały się w czasopiśmie Natura, była prowadzona przez dr Annę Ciurlo z University of California, Los Angeles (UCLA). Jak wskazują w swoich badaniach, obiekty te krążą wokół SMBH naszej galaktyki w okresie od 100 do 1000 lat. Te obiekty przez większość czasu wyglądają na zwarte, ale rozciągają się, gdy znajdują się w najbliższym punkcie na orbitach do czarnej dziury.
Ich praca opiera się na około piętnastu latach obserwacji, które pozwoliły zidentyfikować coraz więcej tych obiektów w pobliżu centrum naszej galaktyki. Pierwszy obiekt (później nazwany G1) został odkryty w 2005 r. Przez zespół kierowany przez Andreę Ghez, Lauren B. Leichtman i Arthura E. Levine profesora astrofizyki, dyrektora UCLA Galactic Center Group i współautora tego badania.
Nastąpiło to w 2012 r., Kiedy prof. Ghez i jej koledzy znaleźli drugi obiekt (G2), który zbliżył się do Strzelca A * w 2014 r. Początkowo uważano, że G1 i G2 są chmurami gazowymi, dopóki nie zbliżyły się do Strzelec A * i nie zostały rozdrobnione przez przyciąganie grawitacyjne SMBH (co dzieje się normalnie z chmurami gazowymi podczas zbliżania się do czarnej dziury). Jak wyjaśnił Ghez:
„W momencie najbliższego podejścia G2 miała naprawdę dziwny podpis. Widzieliśmy to już wcześniej, ale nie wyglądało to zbyt osobliwie, dopóki nie zbliżyło się do czarnej dziury i nie wydłużyło, a znaczna część jej gazu została rozdarta. Stało się to z całkiem nieszkodliwego obiektu, gdy znajdował się daleko od czarnej dziury, do obiektu, który był naprawdę rozciągnięty i zniekształcony przy najbliższym podejściu i utracił zewnętrzną powłokę, a teraz robi się coraz bardziej zwarty ”.
W 2018 roku dr Cuirlo i międzynarodowy zespół astronomów (w tym prof.Ghez) wykorzystali dwanaście lat danych zebranych przez W.M. Obserwatorium Kecka i technologia optyki adaptacyjnej (którą prof. Ghez pomógł pionierowi) w celu zidentyfikowania jeszcze trzech takich obiektów (G3, G4 i G5) w pobliżu centrum galaktyki. Od tego czasu w tym regionie zidentyfikowano w sumie sześć obiektów (G1 - G6).
W najnowszym badaniu zespół kierowany przez dr Cuirlo wykorzystał 13 lat danych w bliskiej podczerwieni uzyskanych przez W.M. Zintegrowany spektrometr pola OSIRIS Kecka do badania orbit tych sześciu obiektów. Astronomowie ekscytują się badaniem tych obiektów, ponieważ dają astronomom możliwość przetestowania ogólnej teorii względności - coś, co zrobiła prof. Ghez i jej koledzy latem 2019 r.
I jak wyjaśnił Mark Morris - profesor fizyki i astronomii UCLA oraz współautor badań - losy tych obiektów są czymś, o czym astronomowie chcą wiedzieć, ponieważ spodziewają się, że będą dość spektakularne.
„Jedną z rzeczy, która wzbudziła podekscytowanie obiektami G, jest to, że rzeczy, które są wyciągane z nich przez siły pływowe podczas zamiatania przez środkową czarną dziurę, nieuchronnie wpadają do czarnej dziury” - powiedział. „Kiedy tak się stanie, może być w stanie stworzyć imponujący pokaz sztucznych ogni, ponieważ materiał zjedzony przez czarną dziurę nagrzeje się i wyemituje obfite promieniowanie, zanim zniknie za horyzontem zdarzeń.”
W trakcie obserwacji centralnego regionu Drogi Mlecznej grupa badawcza zgłosiła do tej pory istnienie sześciu obiektów. Zauważyli jednak również, że chociaż G1 i G2 mają bardzo podobne orbity, pozostałe cztery obiekty znacznie się różnią. To naturalnie rodzi pytanie, czy wszystkie sześć jest podobną klasą obiektów, czy G1 i G2 są wartościami odstającymi.
Zajmując się tym, Ghez i jej koledzy uważają, że wszystkie sześć obiektów było gwiazdami podwójnymi, które połączyły się z powodu silnej siły grawitacyjnej SMBH. Proces ten zająłby ponad milion lat i może wskazywać, że połączenia gwiazd podwójnych są w rzeczywistości dość powszechne. Jak wyjaśnił Ghez:
„Czarne dziury mogą napędzać gwiazdy binarne do łączenia. Możliwe, że wiele gwiazd, które oglądaliśmy i nie rozumiemy, może być końcowym produktem spokojnych połączeń. Uczymy się, jak ewoluują galaktyki i czarne dziury. Sposób, w jaki gwiazdy binarne oddziałują ze sobą i czarną dziurą, bardzo różni się od tego, jak pojedyncze gwiazdy oddziałują z innymi pojedynczymi gwiazdami iz czarną dziurą.
Innym interesującym spostrzeżeniem, o którym zespół Gheza poinformował we wrześniu 2019 r., Jest fakt, że Strzelec A * stawał się coraz jaśniejszy w ciągu ostatnich 24 lat - co wskazuje na to, że pochłania on więcej materii. Podobnie rozciągnięcie G2, które zaobserwowano w 2014 r., Wydawało się odciągać od niego gaz, który mógł być ostatnio konsumowany przez czarną dziurę.
Może to wskazywać, że fuzje gwiezdne zachodzące w jego pobliżu zasilają Strzelca A *. Najnowsze obserwacje wykazały również, że podczas gdy gaz z zewnętrznej powłoki G2 został dramatycznie rozciągnięty, pył zawarty w środku nie został zbytnio rozciągnięty. Oznacza to, że coś utrzymało zwarty pył, co jest przekonującym dowodem na to, że gwiazda może znajdować się w G2.
Jak powiedział Ciurlo, odkrycie to było możliwe dzięki dziesięcioleciom obserwacji prowadzonych przez UCLA Galactic Center Group.
“Unikalny zestaw danych, który grupa profesora Gheza zgromadziła przez ponad 20 lat, pozwoliła nam dokonać tego odkrycia. Mamy teraz populację obiektów „G”, więc nie jest to kwestia wyjaśnienia „jednorazowego zdarzenia”, takiego jak G2 ”.
Tymczasem zespół zidentyfikował już kilku innych kandydatów, którzy mogliby należeć do tej nowej klasy obiektów i nadal je analizuje. Ostatecznie badania te pomogą astronomom zrozumieć, co dzieje się w większości galaktyk oraz w jaki sposób interakcje między gwiazdami a SMBH w ich rdzeniach pomagają kierować ich ewolucją.
„Ziemia znajduje się na przedmieściach w porównaniu do centrum galaktyki, która znajduje się w odległości około 26 000 lat świetlnych”, powiedział Ghez. „Centrum naszej galaktyki ma gęstość gwiazd 1 miliard razy wyższą niż nasza część galaktyki. Siła grawitacji jest o wiele silniejsza. Pola magnetyczne są bardziej ekstremalne. W centrum galaktyki występuje ekstremalna astrofizyka - sporty X astrofizyki. ”
