Кредитний імідж: ESO
Команда астрономів помітила, як інакше нормальна зірка зробила близький прохід із надмасивною чорною дірою, яка ховається в центрі нашої Галактики Чумацького Шляху. При найближчому наближенні зірка була лише за 17 світлових годин від чорної діри (тричі відстань Сонця до Плутона). Зображення регіону були зібрані протягом 10 років за допомогою адаптивної системи оптики в Паранальній обсерваторії Європейської Південної Обсерваторії.
Міжнародна команда астрономів [2], очолювана дослідниками Інституту позаземної фізики Макса-Планка (MPE), безпосередньо спостерігала, як інакше нормальна зірка обертається навколо супермасивної чорної діри в центрі Галактики Чумацького Шляху.
Десять років кропітких вимірювань було увінчано серією унікальних зображень, отриманих інструментом Адаптивна Оптика (AO) NAOS-CONICA (NACO) [3] на 8,2-метровому телескопі VLT YEPUN в Паранальній обсерваторії ESO. Виявляється, на початку цього року зірка наблизилася до центральної Чорної Діри протягом 17 світлових годин - лише втричі більше відстані між Сонцем і планетою Плутон - під час подорожі не менше 5000 км / сек.
Попередні вимірювання швидкостей зірок поблизу центру Чумацького Шляху та змінних рентгенівських випромінювань з цієї області дали найсильніші докази існування центральної Чорної Діри в нашій домашній галактиці і неявно, що темна маса концентрації, помічені в багатьох ядрах інших галактик, ймовірно, також є надмасивними чорними дірами. Однак поки не вдалося виключити кілька альтернативних конфігурацій.
У проривній статті, що з'явилася в науково-дослідному журналі Nature за 17 жовтня 2002 року, присутні команди повідомляють про свої захоплюючі результати, включаючи зображення високої роздільної здатності, які дозволяють простежити дві третини орбіти зірки, позначеної "S2". В даний час це найближча зірка, що спостерігається за компактним джерелом радіомовлення та масивним кандидатом у чорну діру "SgrA *" ("Стрілець А") в самому центрі Чумацького Шляху. Орбітальний період трохи більше 15 років.
Нові вимірювання з високою впевненістю виключають, що центральна темна маса складається з скупчення незвичайних зірок або елементарних частинок, і залишають мало сумнівів у присутності надмасивної чорної діри в центрі галактики, в якій ми живемо.
Квазари та чорні діри
З часу відкриття квазарів (квазі-зоряних радіоджерел) у 1963 році астрофізики шукали пояснення виробництва енергії у цих самих світильних об'єктах у Всесвіті. Квазари мешкають у центрах галактик, і вважається, що величезна енергія, випромінювана цими об'єктами, обумовлена тим, що матерія потрапляє на надмасивну Чорну діру, вивільняючи гравітаційну енергію через інтенсивне випромінювання, перш ніж цей матеріал назавжди зникне в лунку (у фізичній термінології: "Переходить за горизонт подій" [4]).
Щоб пояснити надзвичайне виробництво енергії квазарів та інших діючих галактик, потрібно припустити наявність чорних дір масою в мільйон до кількох мільярдів разів більших від маси Сонця. Протягом останніх років накопичується багато доказів на підтримку вищезгаданої моделі «чорної діри», що склалася для квазарів та інших галактик, включаючи виявлення концентрацій темної маси в їх центральних регіонах.
Однак однозначне підтвердження вимагає виключення всіх можливих інших, не чорних отворів конфігурацій центральної масової концентрації. Для цього вкрай важливо визначити форму гравітаційного поля дуже близько до центрального об'єкта - а для віддалених квазарів це неможливо через технологічні обмеження наявних у даний час телескопів.
Центр Чумацького Шляху
Центр нашої галактики Чумацький Шлях знаходиться в південному сузір'ї Стрільця (Лучник) і знаходиться «лише» за 26 000 світлових років [5]. На зображеннях з високою роздільною здатністю можна помітити тисячі окремих зірок у центральній, широкій області світлового року (це відповідає приблизно чверті відстані до "Проксима Центавра", найближчої до Сонячної системи зірки) .
Використовуючи рухи цих зірок для зондування гравітаційного поля, спостереження за допомогою 3,5-метрового телескопа нової технології (NTT) в обсерваторії Ла Сілла ESO (Чилі) (а згодом у 10-метровому телескопі Кека, Гаваї, США) над останнє десятиліття показало, що маса, приблизно в 3 мільйони разів більша від Сонця, зосереджена в радіусі лише 10 світлових днів [5] компактного радіо- та рентгенівського джерела SgrA * («Стрілець А») у центрі зіркового скупчення
Це означає, що SgrA * - найімовірніший аналог передбачуваної чорної діри, і, водночас, це робить Галактичний центр найкращим доказом існування таких надмасивних чорних дір. Однак ті попередні розслідування не змогли виключити декілька інших, не чорних дірок конфігурацій.
"Тоді нам знадобилися ще більш чіткі зображення, щоб вирішити питання про те, чи можлива будь-яка конфігурація, крім чорної діри, і ми розраховували на телескоп ESO VLT для їх забезпечення", - пояснює Рейнхард Гензель, директор Інституту позаземної фізики Макса-Планка ( MPE) у Ґархінгу поблизу Мюнхена (Німеччина) та член нинішньої команди. «Новий інструмент NAOS-CONICA (NACO), побудований у тісній співпраці між нашим інститутом, Інститутом астрономії Макса-Планка (MPIA: Гейдельберг, Німеччина), ESO та Обсерваторіями Париж-Мейдон і Гренобль (Франція), був просто що нам потрібно було зробити цей рішучий крок вперед ».
Спостереження NACO центру Чумацького Шляху
Новий прилад NACO [3] був встановлений наприкінці 2001 року на телескопі VLT 8,2-метровий YEPUN. Вже під час первинних тестів було створено багато вражаючих зображень, деякі з яких були предметом попередніх прес-релізів ESO [6].
"Перші в цьому році спостереження з NACO дали нам відразу найгостріші та" найглибші "зображення Центру Чумацького Шляху, які детально демонстрували велику кількість зірок у цій місцевості", - говорить Андреас Екарт із Університету Кельна, ще один член міжнародної команди, яку очолює Райнер Шель, Томас Отт та Рейнхард Гензель з МДП. "Але ми все ще були переповнені чудовим результатом цих даних!"
Поєднуючи свої інфрачервоні знімки з радіоданими високої роздільної здатності, команда змогла визначити - протягом десятирічного періоду - дуже точні положення близько тисячі зірок у центральній області щодо компактного радіо джерела SgrA *, див. PR Photo 23c / 02.
“Коли ми включили в аналіз останніх даних НАЗО в травні 2002 року, ми не могли повірити своїм очам. Зірка S2, яка зараз є найближчою до SgrA *, щойно здійснила швидкий поворот поблизу джерела радіо. Ми раптом зрозуміли, що насправді ми спостерігаємо рух зірки на орбіті навколо центральної чорної діри, сприймаючи її неймовірно близько до того загадкового об’єкта », - каже дуже щасливий Томас Отт, який зараз працює в команді MPE над кандидатською дисертацією. .
На орбіті навколо центральної чорної діри
Жодної такої події ніколи не було зафіксовано. Ці унікальні дані однозначно показують, що S2 рухається по еліптичній орбіті з SgrA * в одному фокусі, тобто S2 орбіти SgrA *, як Земля обертається Сонцем, пор. права панель PR Photo 23c / 02.
Чудові дані також дозволяють точно визначити орбітальні параметри (форму, розмір тощо). Виявляється, S2 досяг своєї найближчої відстані до SgrA * навесні 2002 року, в цей момент від радіо джерела було лише 17 світлових годин [5], або в 3 рази більше відстані Сонця-Плутона. Потім він рухався зі швидкістю понад 5000 км / с, або майже в двісті разів перевищує швидкість Землі на її орбіті навколо Сонця. Орбітальний період - 15,2 року. Орбіта досить витягнута - ексцентриситет становить 0,87, що вказує на те, що S2 знаходиться на відстані приблизно 10 світлових днів від центральної маси в найбільш віддаленій орбітальній точці [7].
«Зараз ми можемо з впевненістю продемонструвати, що SgrA * - це дійсно місце центральної темної маси, про яку ми знали, що існує. Ще важливіше, що наші нові дані "скоротилися" на кілька тисяч об'ємів, у межах яких міститься кілька мільйонів сонячних мас ", - говорить доктор доктора докторських наук МРЕ Райнер Шельд, а також перший автор отриманої роботи.
Насправді модельні розрахунки тепер свідчать про те, що найкраща оцінка маси Чорної Діри в центрі Чумацького Шляху - 2,6? 0,2 мільйона разів перевищує масу Сонця.
Інших можливостей немає
Згідно з детальним аналізом, представленим у статті Nature, інші, раніше можливі конфігурації, такі як дуже компактні скупчення нейтронних зірок, чорні діри зоряного розміру або зорі низької маси, або навіть куля ймовірних важких нейтрино, тепер можуть бути остаточно виключені.
Єдина досі життєздатна конфігурація не чорної діри - це гіпотетична зірка важких елементарних частинок під назвою бозонів, яка буде дуже схожа на чорну діру. "Однак", каже Рейнхард Гензель, "навіть якщо така бозона зірка в принципі можлива, вона все одно швидко обвалиться в надмасивну чорну діру, тому я думаю, що ми досить сильно розв'язали цю справу!"
Наступні спостереження
«Більшість астрофізиків погодиться, що нові дані дають вагомі докази того, що в центрі Чумацького Шляху існує надмасивна чорна діра. Це робить ще більш імовірним трактування надмасивної чорної діри для величезної концентрації темної маси, виявленої в центрі багатьох інших галактик », - каже Альвіо Рензіні, науковий співробітник програми VLT ESO.
То що ще залишається зробити? Наступний великий квест зараз - зрозуміти, коли і як утворюються ці надмасивні чорні діри, і чому майже кожна масивна галактика містить її. Утворення центральних чорних дір і самих галактик їх господарів все частіше виявляється однією проблемою. Дійсно, один із найважливіших викликів, який повинен вирішити VLT у найближчі кілька років.
Також мало сумнівів, що наступні інтерферометричні спостереження з приладами на VLT-інтерферометрі (VLTI) та на великому бінокулярному телескопі (LBT) також спричинить ще один гігантський стрибок у цій захоплюючій галузі досліджень.
Андреас Екарт оптимістичний: "Можливо, навіть за допомогою рентгенівських та радіоспостережень у найближчі кілька років можна буде безпосередньо продемонструвати існування горизонту подій".
Оригінальне джерело: Новини ESO
