Изображение предоставлено: ESO
Команда астрономов заметила, что в противном случае нормальная звезда делает близкий проход с сверхмассивной черной дырой, которая скрывается в центре нашей Галактики Млечный Путь. При ближайшем сближении звезда находилась всего в 17 световых часах от черной дыры (в три раза больше расстояния от Солнца до Плутона). Изображения региона были собраны в течение 10 лет с использованием адаптивной оптической системы в Паранальской обсерватории Европейской южной обсерватории.
Международная группа астрономов [2], возглавляемая исследователями из Института внеземной физики имени Макса Планка (MPE), непосредственно наблюдала за нормальной звездой, вращающейся вокруг сверхмассивной черной дыры в центре галактики Млечный путь.
Десять лет кропотливых измерений увенчались серией уникальных изображений, полученных с помощью инструмента NAOS-CONICA (NACO) Adaptive Optics (AO) [3] на 8,2-метровом телескопе VLT YEPUN в Парано-обсерватории ESO. Оказывается, что в начале этого года звезда приблизилась к центральной черной дыре с точностью до 17 световых часов - всего в три раза больше расстояния между Солнцем и планетой Плутон - при скорости движения не менее 5000 км / с.
Предыдущие измерения скоростей звезд около центра Млечного пути и переменного рентгеновского излучения из этой области предоставили самое убедительное доказательство существования центральной Черной дыры в нашей домашней галактике и, косвенно, темной массы концентрации, наблюдаемые во многих ядрах других галактик, вероятно, также являются сверхмассивными черными дырами. Однако пока не удалось исключить несколько альтернативных конфигураций.
В прорывной статье, опубликованной в исследовательском журнале Nature 17 октября 2002 года, настоящая команда сообщает о своих впечатляющих результатах, включая изображения с высоким разрешением, которые позволяют проследить две трети орбиты звезды, обозначенной «S2». В настоящее время это самая близкая наблюдаемая звезда к компактному радиоисточнику и кандидат в черные дыры «SgrA *» («Стрелец A») в самом центре Млечного Пути. Период обращения составляет чуть более 15 лет.
Новые измерения исключают с высокой уверенностью, что центральная темная масса состоит из скопления необычных звезд или элементарных частиц, и не оставляют сомнений в наличии сверхмассивной черной дыры в центре галактики, в которой мы живем.
Квазары и черные дыры
С тех пор, как в 1963 году были открыты квазары (квазизвездные радиоисточники), астрофизики искали объяснение производства энергии в этих самых ярких объектах во Вселенной. Квазары находятся в центрах галактик, и считается, что огромная энергия, испускаемая этими объектами, связана с тем, что вещество падает на сверхмассивную черную дыру, высвобождая гравитационную энергию посредством интенсивного излучения, прежде чем этот материал навсегда исчезнет в дыре (в терминологии физики: «Проходит за горизонт событий» [4]).
Чтобы объяснить невероятное производство энергии квазаров и других активных галактик, необходимо предположить наличие черных дыр с массами от миллиона до нескольких миллиардов масс Солнца. За последние годы накопилось много доказательств в поддержку вышеупомянутой модели «аккрецирующей черной дыры» для квазаров и других галактик, включая обнаружение концентрации темных масс в их центральных областях.
Однако однозначное доказательство требует исключения всех возможных других, не черных дыр, конфигураций центральной массовой концентрации. Для этого необходимо определить форму гравитационного поля очень близко к центральному объекту - и это невозможно для далеких квазаров из-за технологических ограничений имеющихся в настоящее время телескопов.
Центр Млечного Пути
Центр нашей галактики Млечный Путь расположен в южном созвездии Стрельца (Стрельца) и находится всего в 26 000 световых лет от нас [5]. На изображениях с высоким разрешением можно различить тысячи отдельных звезд в центральной области шириной в один световой год (это соответствует примерно одной четверти расстояния до «Проксима Центавра», звезды, ближайшей к Солнечной системе). ,
Используя движения этих звезд для зондирования гравитационного поля, проведите наблюдения с помощью 3,5-метрового телескопа новых технологий (NTT) в обсерватории ESO La Silla (Чили) (а затем на 10-метровом телескопе Кека, Гавайи, США) над Последнее десятилетие показало, что масса, примерно в 3 миллиона раз превышающая массу Солнца, сосредоточена в радиусе всего лишь 10 световых дней [5] от компактного радио и источника рентгеновского излучения SgrA * («Стрелец A») в центре. звездного скопления.
Это означает, что SgrA * является наиболее вероятным аналогом предполагаемой черной дыры и в то же время делает Галактический Центр лучшим доказательством существования таких сверхмассивных черных дыр. Тем не менее, эти более ранние исследования не могли исключить некоторые другие конфигурации, не связанные с черной дырой.
«Затем нам потребовались еще более четкие изображения, чтобы решить вопрос о том, возможна ли какая-либо конфигурация, кроме черной дыры, и мы рассчитывали, что телескоп ESO VLT предоставит их», - объясняет Рейнхард Гензель, директор Института внеземной физики им. Макса Планка ( MPE) в Гархинге под Мюнхеном (Германия) и член нынешней команды. «Новый инструмент NAOS-CONICA (NACO), созданный в тесном сотрудничестве между нашим институтом, Институтом астрономии им. Макса Планка (MPIA: Гейдельберг, Германия), ESO и обсерваториями Париж-Мёдон и Гренобль (Франция), был просто что нам нужно, чтобы сделать этот решительный шаг вперед ».
Наблюдения НАКО Центра Млечного Пути
Новый прибор NACO [3] был установлен в конце 2001 года на 8,2-метровом телескопе YEPUN VLT. Уже во время первоначальных испытаний было получено много впечатляющих изображений, некоторые из которых были предметом более ранних пресс-релизов ESO [6].
«Первые наблюдения, проведенные в этом году с NACO, дали нам сразу самые четкие и« глубокие »снимки Центра Млечного Пути, когда-либо сделанные, с большим количеством звезд в этом районе, в деталях», - говорит Андреас Экарт из Кельнского университета. другой член международной команды, которую возглавляют Райнер Шедель, Томас Отт и Рейнхард Гензел из MPE. «Но мы все еще были поражены прекрасным результатом этих данных!»
Комбинируя свои инфракрасные изображения с радиоданными высокого разрешения, команда смогла определить - в течение десятилетнего периода - очень точные положения около тысячи звезд в центральной области относительно компактного радиоисточника SgrA *, см. PR Photo 23с / 02.
«Когда мы включили последние данные NACO в наш анализ в мае 2002 года, мы не могли поверить своим глазам. Звезда S2, которая в настоящее время является ближайшей к SgrA *, только что совершила быстрое прохождение возле радиоисточника. Мы неожиданно осознали, что на самом деле мы наблюдаем движение звезды на орбите вокруг центральной черной дыры, приближая ее невероятно близко к этому таинственному объекту », - говорит очень счастливый Томас Отт, который сейчас работает в команде MPE над диссертацией на степень доктора философии ,
На орбите вокруг центральной черной дыры
Ни одно подобное событие не было зарегистрировано. Эти уникальные данные однозначно показывают, что S2 движется по эллиптической орбите с SgrA * в одном фокусе, то есть S2 вращается вокруг SgrA *, как Земля вращается вокруг Солнца, ср. правая панель пиара фото 23с / 02.
Превосходные данные также позволяют точно определять параметры орбиты (форму, размер и т. Д.). Оказывается, что S2 достиг своего ближайшего расстояния к SgrA * весной 2002 года, когда он находился всего в 17 световых часах [5] от радиоисточника или всего в 3 раза больше расстояния от Солнца до Плутона. Затем он двигался со скоростью более 5000 км / с, или почти в двести раз превышающей скорость Земли на своей орбите вокруг Солнца. Период обращения составляет 15,2 года. Орбита довольно вытянута - эксцентриситет равен 0,87 - что указывает на то, что S2 находится на расстоянии около 10 световых дней от центральной массы в самой отдаленной точке орбиты [7].
«Теперь мы можем с уверенностью продемонстрировать, что SgrA * действительно является местоположением центральной темной массы, о которой мы знали, что она существовала. Еще важнее то, что наши новые данные «сократились» в несколько тысяч раз по объему, в котором содержатся эти несколько миллионов солнечных масс », - говорит Райнер Шедель, аспирант MPE, а также первый автор получившейся статьи.
Фактически, модельные расчеты теперь показывают, что наилучшая оценка массы черной дыры в центре Млечного пути составляет 2,6? 0,2 миллиона раз больше массы Солнца.
Других возможностей нет
В соответствии с подробным анализом, представленным в статье Nature, другие окончательно возможные конфигурации, такие как очень компактные скопления нейтронных звезд, черные дыры звездного размера или звезды с малой массой, или даже шар предполагаемых тяжелых нейтрино, теперь могут быть окончательно исключены.
Единственная все еще жизнеспособная конфигурация не черной дыры - это гипотетическая звезда из тяжелых элементарных частиц, называемая бозонами, которая очень похожа на черную дыру. «Однако, - говорит Рейнхард Гензел, - даже если такая бозонная звезда в принципе возможна, она все равно быстро рухнет в сверхмассивную черную дыру, поэтому я думаю, что мы в значительной степени закрыли дело!»
Следующие наблюдения
«Большинство астрофизиков согласились бы с тем, что новые данные предоставляют убедительные доказательства того, что в центре Млечного пути существует сверхмассивная черная дыра. Это делает еще более вероятной интерпретацию сверхмассивной черной дыры для огромной концентрации темной массы, обнаруженной в центре многих других галактик », - говорит Альвио Рензини, научный сотрудник программы VLT в ESO.
Так что еще предстоит сделать? Следующий большой квест теперь состоит в том, чтобы понять, когда и как образовались эти сверхмассивные черные дыры, и почему почти каждая массивная галактика, кажется, содержит одну. Образование центральных черных дыр и самих их галактик-хозяев все чаще представляется одной и той же проблемой. Действительно, одна из нерешенных задач, которые VLT решит в ближайшие несколько лет.
Также мало сомнений в том, что грядущие интерферометрические наблюдения с помощью приборов на VLT Interferometer (VLTI) и Большом бинокулярном телескопе (LBT) также приведут к еще одному гигантскому скачку в этой захватывающей области исследований.
Андреас Экарт настроен оптимистично: «Возможно, с помощью рентгеновских и радионаблюдений в ближайшие несколько лет можно будет напрямую продемонстрировать существование горизонта событий».
Источник: ESO News Release
