Дали нещо друго дебне в центъра на Млечния път?

На тази илюстрация звездите са в близка орбита около свръхмасивната черна дупка, която се крие в центъра на Млечния път, известна като Стрелец A* (Sgr A*). Кредит: Международна обсерватория Джемини/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/(Spaceengine), благодарности: M. Zamani (NSF NOIRLab)[2]Точни проблясъци на свръхмасивната черна дупка в сърцето на Млечния път

Астрономите използват обсерваторията Джемини и международно сътрудничество от телескопи, за да хвърлят светлина върху Стрелец А*

Получени с помощта на телескопа Gemini North, астрономите са направили най-прецизните досега измервания на движенията на звездите около свръхмасивния[{” attribute=””>black hole at the center of the Milky Way. These results show that 99.9% of the mass contained at the very center of the galaxy is due to the black hole, and only 0.1% could include stars, smaller black holes, interstellar dust, and gas, or dark matter.

Астрономите са измерили позицията и скоростта на четири звезди в непосредствена близост до Стрелец A* (Sgr A*) по-точно от всякога,[1] свръхмасивната черна дупка, която дебне в центъра на Млечния път. Установено е, че движенията на тези звезди – наречени S2, S29, S38 и S55 – следват траектории, които показват, че масата в центъра на Млечния път се дължи почти изцяло на черната дупка Sgr A*, оставяйки много малко място за нещо друго.

Изследователският екип използва разнообразие от най-съвременни астрономически съоръжения в това изследване. За да измерят скоростите на звездите, те използваха спектроскопия от близкия инфрачервен спектрограф на Gemini (GNIRS) в Gemini North близо до върха на Маунакеа в Хавай, част от Международната обсерватория Gemini, програма на NOIRLab на NSF и инструмента SINFONI на Европейския Южна обсерватория[{” attribute=””>Très grand télescope. L’instrument GRAVITY du VLTI a été utilisé pour mesurer les positions des étoiles.

Trou noir Sagittaire A

Illustration du trou noir Sagittarius A* au centre de la Voie Lactée. Crédit : Observatoire international Gemini/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/(Spaceengine), Remerciements : M. Zamani (NOIRLab de la NSF)

“Nous sommes très reconnaissants à l’Observatoire Gemini, dont l’instrument GNIRS nous a fourni les informations essentielles dont nous avions besoin”, a déclaré Reinhard Genzel, directeur de l’Institut Max Planck pour la physique extraterrestre et co-récipiendaire du prix Nobel de physique 2020. “Cette recherche montre la collaboration mondiale à son meilleur.”

Le centre galactique de la Voie lactée, situé à environ 27 000 années-lumière du Soleil, contient la source radio compacte Sgr A* que les astronomes ont identifiée comme un trou noir supermassif 4,3 millions de fois plus massif que le Soleil. Malgré des décennies d’observations minutieuses – et le prix Nobel décerné pour avoir découvert l’identité de Sgr A *[3] – трудно е да се докаже категорично, че по-голямата част от тази маса принадлежи само на свръхмасивната черна дупка и не включва също голямо количество материя като звезди, по-малки черни дупки, междузвезден прах и газ или тъмна материя.

VLTI изображения на ESO на звезди в центъра на Млечния път

Тези анотирани изображения, получени с инструмента GRAVITY на много големия телескоп интерферометър (VLTI) на ESO между март и юли 2021 г., показват звезди, обикалящи много близо до Стрелец A*, свръхмасивната черна дупка в сърцето на Млечния път. Една от тези звезди, наречена S29, беше наблюдавана, когато се приближи най-близо до черната дупка на 13 милиарда километра, или само 90 пъти разстоянието между Слънцето и Земята. Друга звезда, наречена S300, е открита за първи път в нови VLTI наблюдения, докладвани от ESO.
Използвайки Gemini North от международната обсерватория Gemini, програма на NOIRLab на NSF и VLT на ESO, астрономите са измерили позицията и скоростта на тези звезди S29 и S55 (както и звездите S2 и S38) и са открили, че се движат по начин, който показва, че масата в центъра на Млечния път се дължи почти изцяло на черната дупка Стрелец A*, оставяйки много малко място за нещо друго. Кредит: Сътрудничество на ESO/GRAVITY

„С Нобеловата награда за физика за 2020 г., присъдена за потвърждението, че Sgr A* наистина е черна дупка, сега искаме да отидем по-далеч. Бихме искали да разберем дали има нещо друго скрито в центъра на Млечния път и дали общата теория на относителността наистина е правилната теория за гравитацията в тази екстремна лаборатория“, обясни Стефан Гилесен, един от астрономите, участващи в тази работа. „Най-лесният начин да отговорите на този въпрос е да проследите отблизо орбитите на звездите, преминаващи близо до Sgr A*.“

Теорията на Айнщайн за общата теория на относителността предвижда, че орбитите на звездите около свръхмасивни компактни обекти са леко различни от тези, предсказани от класическата Нютонова физика. По-специално общата теория на относителността прогнозира, че орбитите на звездите ще очертаят елегантна форма на розетка – ефект, известен като прецесия на Шварцшилд. За да види действително звездите, проследяващи тази розетка, екипът проследи позицията и скоростта на четири звезди в непосредствена близост до Sgr A* – наречени S2, S29, S38 и S55. Наблюденията на екипа върху степента на прецесия на тези звезди им позволиха да изведат разпределението на масата в Sgr A*. Те откриха, че всяка разширена маса в орбитата на звездата S2 допринася най-много с еквивалента на 0,1% от масата на свръхмасивната черна дупка.

Анимирана поредица от[{” attribute=””>ESO’s Very Large Telescope Interferometer (VLTI) images of stars around the Milky Way’s central black hole. This animation shows the orbits of the stars S29 and S55 as they move close to Sagittarius A* (center), the supermassive black hole at the heart of the Milky Way. As we follow the stars along in their orbits, we see real images of the region obtained with the GRAVITY instrument on the VLTI in March, May, June and July 2021. In addition to S29 and S55, the images also show two fainter stars, S62 and S300. S300 was detected for the first time in new VLTI observations reported by ESO.

Measuring the minute variations in the orbits of distant stars around our galaxy’s supermassive black hole is incredibly challenging. To make further discoveries, astronomers will have to push the boundaries not only of science but also of engineering. Upcoming extremely large telescopes (ELTs) such as the Giant Magellan Telescope and the Thirty Meter Telescope (both part of the US-ELT Program) will allow astronomers to measure even fainter stars with even greater precision.

“We will improve our sensitivity even further in future, allowing us to track even fainter objects,” concluded Gillessen. “We hope to detect more than we see now, giving us a unique and unambiguous way to measure the rotation of the black hole.”

Увеличете мащаба на сърцето на Млечния път, за да видите звездите, наблюдавани от Много големия телескоп на Европейската южна обсерватория (последното наблюдение беше през 2019 г.). По-нататъшното увеличение разкрива звезди още по-близо до черната дупка, наблюдавани с инструмента GRAVITY на интерферометрията на много големия телескоп на ESO в средата на 2021 г.

„Обсерваториите Gemini продължават да предоставят нови прозрения за природата на нашата галактика и масивната черна дупка в нейния център“, каза Мартин Стил, програмен мениджър на Gemini в Националната научна фондация. „Разработването на инструменти през следващото десетилетие за широко използване ще запази лидерството на NOIRLab в характеризирането на вселената около нас.“

За повече информация относно това изследване вижте Гледайте как звездите надпреварват около супермасивната черна дупка на Млечния път.

Забележки

  1. Стрелец A* се произнася като „звезда на Стрелец А“.
  2. VLT на ESO се състои от четири индивидуални, съвместно разположени 8,2-метрови телескопа, които могат да комбинират светлина през мрежа от огледала и подземни тунели, използвайки техника, известна като интерферометрия, за да формират VLTI. GRAVITY използва тази техника за измерване на позицията на обектите на нощното небе[{” attribute=””>accuracy — equivalent to picking out a quarter-dollar coin on the surface of the Moon.
  3. The 2020 Nobel Prize in Physics was awarded in part to Reinhard Genzel and Andrea Ghez “for the discovery of a supermassive compact object at the center of our galaxy.”

This research is presented in the paper “The mass distribution in the Galactic Centre from interferometric astrometry of multiple stellar orbits” which is published in Astronomy & Astrophysics. A companion paper “Deep Images of the Galactic Center with GRAVITY” has also been published in Astronomy & Astrophysics.

References:

“Mass distribution in the Galactic Center based on interferometric astrometry of multiple stellar orbits” by GRAVITY Collaboration: R. Abuter, N. Aimar, A. Amorim, J. Ball, M. Bauböck, J. P. Berger, H. Bonnet, G. Bourdarot, W. Brandner, V. Cardoso, Y. Clénet, Y. Dallilar, R. Davies, P. T. de Zeeuw, J. Dexter, A. Drescher, F. Eisenhauer, N. M. Förster Schreiber, A. Foschi, P. Garcia, F. Gao, E. Gendron, R. Genzel, S. Gillessen, M. Habibi, X. Haubois, G. Heißel,??, T. Henning, S. Hippler, M. Horrobin, L. Jochum, L. Jocou, A. Kaufer, P. Kervella, S. Lacour, V. Lapeyrère, J.-B. Le Bouquin, P. Léna, D. Lutz, T. Ott, T. Paumard, K. Perraut, G. Perrin, O. Pfuhl, S. Rabien, J. Shangguan, T. Shimizu, S. Scheithauer, J. Stadler, A.W. Stephens, O. Straub, C. Straubmeier, E. Sturm, L. J. Tacconi, K. R. W. Tristram, F. Vincent, S. von Fellenberg, F. Widmann, E. Wieprecht, E. Wiezorrek, J. Woillez, S. Yazici and A. Young, 19 January 2022, Astronomy & Astrophysics.
DOI: 10.1051/0004-6361/202142465

“Deep images of the Galactic center with GRAVITY” by GRAVITY Collaboration: R. Abuter, N. Aimar, A. Amorim, P. Arras, M. Bauböck, J. P. Berger, H. Bonnet, W. Brandner, G. Bourdarot, V. Cardoso, Y. Clénet, R. Davies, P. T. de Zeeuw, J. Dexter, Y. Dallilar, A. Drescher, F. Eisenhauer, T. Enßlin, N. M. Förster Schreiber, P. Garcia, F. Gao, E. Gendron, R. Genzel, S. Gillessen, M. Habibi, X. Haubois, G. Heißel, T. Henning, S. Hippler, M. Horrobin, A. Jiménez-Rosales, L. Jochum, L. Jocou, A. Kaufer, P. Kervella, S. Lacour, V. Lapeyrère, J.-B. Le Bouquin, P. Léna, D. Lutz, F. Mang, M. Nowak, T. Ott, T. Paumard, K. Perraut, G. Perrin, O. Pfuhl, S. Rabien, J. Shangguan, T. Shimizu, S. Scheithauer, J. Stadler, O. Straub, C. Straubmeier, E. Sturm, L. J. Tacconi, K. R. W. Tristram, F. Vincent, S. von Fellenberg, I. Waisberg, F. Widmann, E. Wieprecht, E. Wiezorrek, J. Woillez, S. Yazici, A. Young and G. Zins, 19 January 2022, Astronomy & Astrophysics.
DOI: 10.1051/0004-6361/202142459

More information

The team behind this result is composed of The GRAVITY Collaboration, R. Abuter (European Southern Observatory), A. Amorim (Universidade de Lisboa and CENTRA – Centro de Astrofísica e Gravitação), M. Bauböck (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and University of Illinois), J. P. Berger (University Grenoble Alpes and European Southern Observatory), H. Bonnet (European Southern Observatory), G. Bourdarot (University Grenoble Alpes and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), V. Cardoso (CENTRA – Centro de Astrofísica e Gravitação and CERN), Y. Clénet (LESIA, Observatoire de Paris), Y. Dallilar (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), R. Davies (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), P. T. de Zeeuw (Leiden University and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), J. Dexter (University of Colorado, Boulder), A. Drescher (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), A. Eckart (University of Cologne and Max Planck Institute for Radio Astronomy), F. Eisenhauer (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), N. M. Förster Schreiber (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), P. Garcia (Universidade do Porto and CENTRA – Centro de Astrofísica e Gravitação), F. Gao (Universität Hamburg and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Gendron (LESIA, Observatoire de Paris), R. Genzel (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and University of California, Berkeley), S. Gillessen (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), M. Habibi (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), X. Haubois (European Southern Observatory), G. Heißel (LESIA, Observatoire de Paris), T. Henning (Max Planck Institute for Astronomy), S. Hippler (Max Planck Institute for Astronomy), M. Horrobin (University of Cologne), L. Jochum (European Southern Observatory), L. Jocou (University Grenoble Alpes), A. Kaufer (European Southern Observatory), P. Kervella (LESIA, Observatoire de Paris), S. Lacour (LESIA, Observatoire de Paris), V. Lapeyrère (LESIA, Observatoire de Paris), J.-B. Le Bouquin (University Grenoble Alpes), P. Léna (LESIA, Observatoire de Paris), D. Lutz (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Ott (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Paumard (LESIA, Observatoire de Paris), K. Perraut (University Grenoble Alpes), G. Perrin (LESIA, Observatoire de Paris), O. Pfuhl (European Southern Observatory and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), S. Rabien (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), G. Rodríguez-Coira (LESIA, Observatoire de Paris), J. Shangguan (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Shimizu (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), S. Scheithauer (Max Planck Institute for Astronomy), J. Stadler (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), O. Straub (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), C. Straubmeier (University of Cologne), E. Sturm (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), L. J. Tacconi (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), K. R. W. Tristram (European Southern Observatory), F. Vincent (LESIA, Observatoire de Paris), S. von Fellenberg (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), F. Widmann (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Wieprecht (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Wiezorrek (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), J. Woillez (European Southern Observatory), S. Yazici (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and the University of Cologne), and A. Young (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics).

Add Comment