Czy w centrum Drogi Mlecznej kryje się coś jeszcze?

Na tej ilustracji gwiazdy krążą po bliskiej orbicie wokół supermasywnej czarnej dziury, która leży w centrum Drogi Mlecznej, znanej jako Sagittarius A* (Sgr A*). Źródło: Gemini International Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/(Spaceengine), Podziękowania: M. Zamani (NOIRLab NSF)[2]Dokładny wgląd w supermasywną czarną dziurę w sercu Drogi Mlecznej

Astronomowie używają Obserwatorium Gemini i wspólnego międzynarodowego teleskopu, aby podświetlić Sagittarius A*

Uzyskane za pomocą teleskopu Gemini North astronomowie dokonali najdokładniejszych dotychczas pomiarów ruchu gwiazd wokół supermasy[{” 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.

https://www.youtube.com/watch?v=EtQSjZ-Hank

Astronomowie zmierzyli dokładniej niż kiedykolwiek pozycję i prędkość czterech gwiazd w bezpośrednim sąsiedztwie Sagittarius A* (Sgr A*),^[1] Supermasywna czarna dziura, która czai się w centrum Drogi Mlecznej. Stwierdzono, że ruchy tych gwiazd – nazwanych S2, S29, S38 i S55 – podążają ścieżkami, które pokazują, że masa w centrum Drogi Mlecznej jest prawie w całości spowodowana Sgr A * Czarna dziura, która pozostawia bardzo mało miejsca na cokolwiek innego.

W badaniach zespół badawczy wykorzystał szereg zaawansowanych urządzeń astronomicznych. Aby zmierzyć prędkości gwiazd, użyli spektroskopii z Gemini Near Infrared Spectrograph (GNIRS) w Gemini North w pobliżu szczytu Maunakea na Hawajach, części Gemini International Observatory, programu NSF NOIRLab oraz instrumentu SINFONI w Europejskim Obserwatorium Południowym.[{” attribute=””>تلسكوب كبير جدا. تم استخدام أداة GRAVITY في VLTI لقياس مواضع النجوم.

رسم توضيحي للثقب الأسود القوس A * في وسط مجرة ​​درب التبانة. الائتمان: مرصد الجوزاء الدولي / NOIRLab / NSF / AURA / J. دا سيلفا / (Spaceengine) ، شكر وتقدير: M. Zamani (NSF’s NOIRLab)

قال راينهارد جينزل ، مدير معهد ماكس بلانك للفيزياء خارج كوكب الأرض والمشترك في الحصول على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2020: „نحن ممتنون جدًا لمرصد الجوزاء ، الذي أعطتنا أداة GNIRS الخاصة به المعلومات الهامة التي نحتاجها”. „يُظهر هذا البحث التعاون العالمي في أفضل حالاته.”

يحتوي مركز المجرة التابع لمجرة درب التبانة ، الذي يقع على بعد حوالي 27000 سنة ضوئية من الشمس ، على مصدر الراديو المضغوط Sgr A * الذي حدده علماء الفلك على أنه ثقب أسود فائق الكتلة يبلغ 4.3 مليون مرة كتلة الشمس. على الرغم من عقود من الملاحظات المضنية – وتم منح جائزة نوبل لاكتشاف هوية Sgr A *^[3] – Trudno było definitywnie udowodnić, że większość tej masy należy tylko do supermasywnej czarnej dziury i nie obejmuje również ogromnej ilości materii, takiej jak gwiazdy, które są mniejsze czarne dziurylub międzygwiezdny pył i gaz, lub Ciemna materia.

Opisane zdjęcia, wykonane za pomocą instrumentu GRAVITY na należącym do ESO interferometrze VLTI (ang. Very Large Telescope Interferometer) między marcem a lipcem 2021 roku, pokazują gwiazdy krążące w pobliżu Sagittarius A*, supermasywnej czarnej dziury w sercu Drogi Mlecznej. Jedna z tych gwiazd, zwana S29, była obserwowana, gdy zbliżała się do najbliższej czarnej dziury na odległość 13 miliardów km, czyli 90-krotność odległości między Słońcem a Ziemią. Inna gwiazda, zwana S300, została po raz pierwszy odkryta w nowych obserwacjach VLTI zgłoszonych przez ESO.
Korzystając z Gemini North of Gemini International Observatory, programu z NOIRLab NSF i VLT ESO, astronomowie zmierzyli dokładniej niż kiedykolwiek pozycję i prędkość tych gwiazd S29 i S55 (a także gwiazd S2 i S38) i odkryli, że się poruszają w sposób, który pokazuje, że masa w centrum Drogi Mlecznej jest prawie w całości spowodowana czarną dziurą Strzelec A*, pozostawiając bardzo mało miejsca na cokolwiek innego. Źródło: Współpraca ESO/GRAVITY

„Po przyznaniu Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki 2020 w celu potwierdzenia, że ​​Sgr A * rzeczywiście jest czarną dziurą, chcemy teraz iść naprzód. Chcielibyśmy zrozumieć, czy w centrum Drogi Mlecznej jest coś jeszcze ukrytego i czy ogólnie teoria względności jest rzeczywiście poprawną teorią „Najbardziej bezpośrednim sposobem odpowiedzi na to pytanie jest uważne śledzenie orbit gwiazd przechodzących w pobliżu Sgr A*” – wyjaśnił Stefan Gelsen, jeden z astronomów zaangażowanych w tę pracę.

Ogólna teoria względności Einsteina przewiduje, że orbity gwiazd wokół zwartego, supermasywnego obiektu różnią się nieco od tych przewidywanych przez klasyczną fizykę newtonowską. W szczególności ogólna teoria względności przewiduje, że orbity gwiazd wyznaczą elegancką rozetę – efekt znany jako Aktywny Schwarzschild. Aby rzeczywiście zobaczyć gwiazdy śledzące tę różę, zespół śledził pozycję i prędkość czterech gwiazd w bezpośrednim sąsiedztwie Sgr A* – zwanych S2, S29, S38 i S55. Obserwacje zespołu dotyczące tego, jak daleko zaszły te gwiazdy, pozwoliły wywnioskować rozkład masy w Sgr A*. Odkryli, że każda masa rozciągająca się na orbicie S2 stanowi co najwyżej 0,1% masy supermasywnej czarnej dziury.

animowana sekwencja dla[{” 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.”

Powiększ serce Drogi Mlecznej, aby zobaczyć gwiazdy obserwowane przez Bardzo Duży Teleskop Europejskiego Obserwatorium Południowego (ostatnia obserwacja z 2019 r.). Dalsze przybliżanie ujawnia gwiazdy bliżej czarnej dziury, obserwowane za pomocą instrumentu GRAVITY na interferometrze VLT w połowie 2021 roku.

„Obserwatoria Gemini nadal dostarczają nowego wglądu w naturę naszej galaktyki i supermasywnej czarnej dziury w jej centrum” – powiedział Martin Steele, dyrektor programu Gemini w National Science Foundation. „Dalszy rozwój instrumentów przeznaczonych do powszechnego użytku w ciągu następnej dekady utrzyma wiodącą pozycję NOIRLab w charakteryzowaniu otaczającego nas wszechświata”.

Aby uzyskać więcej informacji na temat tych badań, zobacz Zobacz, jak gwiazdy ścigają się wokół supermasywnej czarnej dziury Drogi Mlecznej.

Uwagi

1. Strzelec A* jest wymawiany jako „Gwiazda Strzelca”.
2. VLT ESO składa się z czterech teleskopów jednopunktowych o średnicy 8,2 metra, które mogą zbierać światło przez sieć luster i podziemnych tuneli przy użyciu techniki znanej jako interferometria, tworząc VLTI. GRAVITY wykorzystuje tę technologię do pomiaru pozycji obiektów na nocnym niebie według wysokości[{” 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).