Źródło zdjęcia: ESO
Zespół astronomów zauważył, że poza tym normalna gwiazda wykonuje przelot z supermasywną czarną dziurą, która czai się w centrum naszej Drogi Mlecznej. Przy najbliższym zbliżeniu gwiazda znajdowała się zaledwie 17 godzin świetlnych od czarnej dziury (trzykrotnie więcej niż odległość Słońca od Plutona). Zdjęcia regionu zebrano w ciągu 10 lat przy użyciu adaptacyjnego układu optycznego w Obserwatorium Paranal w Europejskim Obserwatorium Południowym.
Międzynarodowy zespół astronomów [2], kierowany przez naukowców z Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE), zaobserwował bezpośrednio normalną gwiazdę krążącą wokół supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki Drogi Mlecznej.
Dziesięć lat żmudnych pomiarów zwieńczyła seria unikalnych zdjęć uzyskanych za pomocą przyrządu NAOS-CONICA (NACO) Adaptive Optics (AO) [3] na 8,2-metrowym teleskopie YEPUN VLT w Obserwatorium Paranalnym ESO. Okazuje się, że na początku tego roku gwiazda zbliżyła się do centralnej Czarnej Dziury w odległości 17 godzin świetlnych - tylko trzykrotnie więcej niż odległość Słońca od planety Pluton - podczas podróży z prędkością nie mniejszą niż 5000 km / s.
Poprzednie pomiary prędkości gwiazd w pobliżu środka Drogi Mlecznej i zmiennej emisji promieniowania rentgenowskiego z tego obszaru dostarczyły jak dotąd najsilniejszych dowodów na istnienie centralnej Czarnej Dziury w naszej galaktyce macierzystej i, domyślnie, że ciemna masa stężenia obserwowane w wielu jądrach innych galaktyk prawdopodobnie są również supermasywnymi czarnymi dziurami. Jednak nie było jeszcze możliwe wykluczenie kilku alternatywnych konfiguracji.
W przełomowym artykule opublikowanym w czasopiśmie badawczym Nature 17 października 2002 r. Obecny zespół donosi o swoich ekscytujących wynikach, w tym obrazach o wysokiej rozdzielczości, które pozwalają na śledzenie dwóch trzecich orbity gwiazdy oznaczonej „S2”. Obecnie jest najbliższą obserwowalną gwiazdą od kompaktowego źródła radiowego i masywnego kandydata na czarną dziurę „SgrA *” („Strzelec A”) w samym centrum Drogi Mlecznej. Okres obiegu księżyca trwa nieco ponad 15 lat.
Nowe pomiary wykluczają z dużym przekonaniem, że centralna ciemna masa składa się z gromady niezwykłych gwiazd lub cząstek elementarnych i nie pozostawia wątpliwości co do obecności supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki, w której żyjemy.
Kwazary i czarne dziury
Od czasu odkrycia kwazarów (quasi-gwiezdnych źródeł radiowych) w 1963 r. Astrofizycy poszukiwali wyjaśnienia produkcji energii w tych najbardziej świecących obiektach we Wszechświecie. Kwazary znajdują się w centrach galaktyk i uważa się, że ogromna energia emitowana przez te obiekty jest spowodowana spadaniem materii na supermasywną Czarną Dziurę, uwalniając energię grawitacyjną przez intensywne promieniowanie, zanim materiał ten zniknie na zawsze w dziurze (w terminologii fizyki: „Przekracza horyzont zdarzeń” [4]).
Aby wyjaśnić olbrzymią produkcję energii kwazarów i innych aktywnych galaktyk, należy przypuszczać obecność czarnych dziur o masach od jednego miliona do kilku miliardów mas Słońca. W ciągu ostatnich lat gromadzono wiele dowodów na poparcie powyższego modelu „akrecyjnej czarnej dziury” dla kwazarów i innych galaktyk, w tym wykrywanie stężeń ciemnej masy w ich centralnych regionach.
Jednoznaczny dowód wymaga jednak wykluczenia wszystkich możliwych innych konfiguracji, innych niż czarne dziury, koncentracji masy centralnej. W tym celu konieczne jest określenie kształtu pola grawitacyjnego bardzo blisko obiektu centralnego - i nie jest to możliwe w przypadku odległych kwazarów ze względu na ograniczenia technologiczne obecnie dostępnych teleskopów.
Centrum Drogi Mlecznej
Centrum naszej galaktyki Drogi Mlecznej znajduje się w południowej konstelacji Strzelca (Łucznik) i znajduje się „tylko” w odległości 26 000 lat świetlnych [5]. Na zdjęciach w wysokiej rozdzielczości można rozpoznać tysiące pojedynczych gwiazd w centralnym regionie o szerokości jednego roku świetlnego (odpowiada to około jednej czwartej odległości do „Proxima Centauri”, gwiazdy najbliższej Układowi Słonecznemu) .
Wykorzystując ruchy tych gwiazd do badania pola grawitacyjnego, obserwacje za pomocą 3,5-metrowego Teleskopu Nowej Technologii (NTT) w Obserwatorium ESO La Silla (Chile) (a następnie w 10-metrowym teleskopie Keck, Hawaje, USA) nad ostatnia dekada pokazała, że masa około 3 milionów razy większa niż masa Słońca jest skoncentrowana w promieniu zaledwie 10 dni świetlnych [5] od kompaktowego źródła radiowego i rentgenowskiego SgrA * („Strzelec A”) w centrum gromady gwiazd.
Oznacza to, że SgrA * jest najbardziej prawdopodobnym odpowiednikiem przypuszczalnej czarnej dziury, a jednocześnie czyni Centrum Galaktyczne najlepszym dowodem na istnienie takich supermasywnych czarnych dziur. Jednak te wcześniejsze badania nie mogły wykluczyć kilku innych konfiguracji, innych niż czarna dziura.
„Potrzebowaliśmy wtedy jeszcze ostrzejszych obrazów, aby rozstrzygnąć kwestię, czy możliwa jest jakakolwiek konfiguracja inna niż czarna dziura, i zapewniliśmy je za pomocą teleskopu ESO VLT”, wyjaśnia Reinhard Genzel, dyrektor Instytutu Fizyki Pozaziemskiej Max-Planck ( MPE) w Garching pod Monachium (Niemcy) i członek obecnego zespołu. „Nowy instrument NAOS-CONICA (NACO), zbudowany w ścisłej współpracy między naszym instytutem, Max-Planck Institute for Astronomy (MPIA: Heidelberg, Niemcy), ESO oraz Paris-Meudon i Grenoble Observatories (Francja), był po prostu co musieliśmy zrobić ten decydujący krok naprzód ”.
Obserwacje NACO centrum Drogi Mlecznej
Nowy przyrząd NACO [3] został zainstalowany pod koniec 2001 roku w 8,2-metrowym teleskopie YEPUN VLT. Już podczas wstępnych testów stworzył wiele imponujących obrazów, z których niektóre były przedmiotem wcześniejszych komunikatów prasowych ESO [6].
„Pierwsze obserwacje w tym roku z NACO dały nam od razu najostrzejsze i„ najgłębsze ”zdjęcia Centrum Drogi Mlecznej, jakie kiedykolwiek wykonano, pokazujące dużą liczbę gwiazd w tym obszarze z dużą szczegółowością”, mówi Andreas Eckart z Uniwersytetu w Kolonii, kolejny członek międzynarodowego zespołu, na którego czele stoją Rainer Sch? del, Thomas Ott i Reinhard Genzel z MPE. „Ale wciąż byliśmy przytłoczeni wspaniałym wynikiem tych danych!”
Łącząc zdjęcia w podczerwieni z danymi radiowymi o wysokiej rozdzielczości, zespół był w stanie określić - w ciągu dziesięciu lat - bardzo dokładne pozycje około tysiąca gwiazd w obszarze centralnym w odniesieniu do kompaktowego źródła radiowego SgrA *, patrz zdjęcie PR 23c / 02.
„Kiedy w maju 2002 r. Włączyliśmy najnowsze dane NACO do naszej analizy, nie mogliśmy uwierzyć własnym oczom. Gwiazda S2, która jest obecnie najbliższa SgrA *, właśnie wykonała gwałtowne wahanie w pobliżu źródła radiowego. Nagle zdaliśmy sobie sprawę, że jesteśmy rzeczywiście świadkami ruchu gwiazdy na orbicie wokół centralnej czarnej dziury, zbliżając ją niesamowicie blisko tego tajemniczego obiektu ”, mówi bardzo szczęśliwy Thomas Ott, który obecnie pracuje w zespole MPE nad pracą doktorską .
Na orbicie wokół centralnej czarnej dziury
Żadne takie zdarzenie nie zostało nigdy zarejestrowane. Te unikalne dane jednoznacznie pokazują, że S2 porusza się po orbicie eliptycznej z SgrA * w jednym ognisku, tj. S2 krąży wokół SgrA * tak, jak Ziemia krąży wokół Słońca, por. prawy panel PR Zdjęcie 23c / 02.
Znakomite dane pozwalają również precyzyjnie określić parametry orbity (kształt, rozmiar itp.). Okazuje się, że S2 osiągnął swoją najbliższą odległość do SgrA * wiosną 2002 roku, kiedy to znajdował się zaledwie 17 godzin świetlnych [5] od źródła radiowego, czyli zaledwie 3 razy więcej niż odległość Słońce-Pluton. Następnie poruszał się z prędkością ponad 5000 km / s, czyli prawie dwieście razy szybciej niż Ziemia na swojej orbicie wokół Słońca. Okres obiegu księżyca wynosi 15,2 lat. Orbita jest raczej wydłużona - mimośrodowość wynosi 0,87 - co wskazuje, że S2 znajduje się w odległości około 10 dni świetlnych od masy centralnej w najdalszym punkcie orbity [7].
„Jesteśmy teraz w stanie z całą pewnością udowodnić, że SgrA * jest rzeczywiście miejscem, w którym istniała centralna ciemna masa. Co ważniejsze, nasze nowe dane „skurczyły się” kilkakrotnie o kilka tysięcy objętości, w których zawarte jest te kilka milionów mas Słońca ”, mówi Rainer Sch? Del, doktorant MPE, a także pierwszy autor powstałego artykułu.
W rzeczywistości obliczenia modelu wskazują, że najlepsze oszacowanie masy Czarnej Dziury w centrum Drogi Mlecznej wynosi 2,6? 0,2 miliona razy więcej niż masa Słońca.
Żadnych innych możliwości
Według szczegółowej analizy przedstawionej w artykule Nature inne definitywnie możliwe konfiguracje, takie jak bardzo zwarte gromady gwiazd neutronowych, czarne dziury o rozmiarach gwiazdowych lub gwiazdy o niskiej masie, a nawet kula przypuszczalnych ciężkich neutrin, mogą teraz zostać ostatecznie wykluczone.
Jedyną wciąż wykonalną konfiguracją niebędącą czarną dziurą jest hipotetyczna gwiazda ciężkich cząstek elementarnych zwanych bozonami, która wyglądałaby bardzo podobnie do czarnej dziury. „Jednak”, mówi Reinhard Genzel, „nawet jeśli taka gwiazda bozonowa jest w zasadzie możliwa, to i tak szybko zapadłaby się w supermasywną czarną dziurę, więc myślę, że udało nam się rozstrzygnąć sprawę!”
Następne spostrzeżenia
„Większość astrofizyków zgodziłaby się, że nowe dane dostarczają przekonujących dowodów na istnienie supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej. To czyni jeszcze bardziej prawdopodobną interpretację supermasywnej czarnej dziury dla ogromnego stężenia ciemnej masy wykrytej w centrum wielu innych galaktyk ”, mówi Alvio Renzini, naukowiec programu VLT w ESO.
Co pozostaje do zrobienia? Następnym wielkim zadaniem jest teraz zrozumienie, kiedy i jak powstały te supermasywne czarne dziury i dlaczego prawie każda masywna galaktyka zawiera jedną. Powstawanie centralnych czarnych dziur i samych galaktyk macierzystych coraz częściej wydaje się być tylko jednym problemem i tym samym. Rzeczywiście, jedno z wyjątkowych wyzwań dla VLT do rozwiązania w ciągu najbliższych kilku lat.
Nie ma również wątpliwości, że nadchodzące obserwacje interferometryczne z instrumentami na interferometrze VLT (VLTI) i dużym teleskopie lornetkowym (LBT) również spowodują kolejny ogromny skok w tym ekscytującym polu badań.
Andreas Eckart jest optymistą: „Być może dzięki obserwacjom rentgenowskim i radiowym w ciągu najbliższych kilku lat będzie można bezpośrednio wykazać istnienie horyzontu zdarzeń”.
Oryginalne źródło: ESO News Release
