Има ли нещо друго скрито в центъра на Млечния път?

На тази илюстрация звездите се виждат като орбита в близка орбита около свръхмасивната черна дупка, която се намира в центъра на Млечния път, известна като Стрелец A* (Sgr A*). Кредит: Gemini International Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/(Spaceengine), Благодарности: M. Zamani (NOIRLab на NSF)[2]Точни прозрения за свръхмасивната черна дупка в сърцето на Млечния път

Астрономите използват обсерваторията Gemini и съвместен международен телескоп, за да подчертаят Стрелец A*

Получени с помощта на телескопа Gemini North, астрономите са направили най-точните досега измервания на движението на звездите около свръхмасата[{“ 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 измервали по-точно от всякога позицията и скоростта на четирите звезди в непосредствена близост до Стрелец A* (Sgr A*),^[1] Свръхмасивната черна дупка, която се крие в центъра на Млечния път. Установено е, че движенията на тези звезди – наречени S2, S29, S38 и S55 – следват пътеки, които показват, че масата в центъра на Млечния път се дължи почти изцяло на Sgr A * Черната дупка, която оставя много малко място за нещо друго.

Изследователският екип използва различни съвременни астрономически съоръжения в това изследване. За да измерят скоростите на звездите, те използваха спектроскопия от Близкия инфрачервен спектрограф (GNIRS) в Близнаци Север близо до върха на Маунакеа на Хаваите, част от Международната обсерватория Джемини, програмата NSF NOIRLab и инструмента SINFONI на Европейската южна обсерватория.[{“ 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] – Трудно е да се докаже окончателно, че по-голямата част от тази маса принадлежи само на свръхмасивната черна дупка и не включва също огромно количество материя като звезди, които са по-малки черни дупкиили междузвезден прах и газ, или тъмна материя.

Тези анотирани изображения, получени с инструмента GRAVITY на много големия телескопски интерферометър (VLTI) на ESO между март и юли 2021 г., показват звезди, обикалящи в орбита близо до Стрелец A*, свръхмасивната черна дупка в сърцето на Млечния път. Една от тези звезди, наречена S29, беше наблюдавана, когато се приближи до най-близката черна дупка на разстояние от 13 милиарда км, 90 пъти разстоянието между Слънцето и Земята. Друга звезда, наречена S300, беше открита за първи път в нови VLTI наблюдения, докладвани от ESO.
Използвайки Gemini North от Международната обсерватория Gemini, програма от NOIRLab на NSF и VLT на ESO, астрономите са измервали по-точно от всякога 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: ESO/GRAVITY Collaboration

„С Нобеловата награда за физика за 2020 г., за да се потвърди, че Sgr A* наистина е черна дупка, сега искаме да продължим напред. Бихме искали да разберем дали има нещо друго скрито в центъра на Млечния път и дали генерал теорията на относителността наистина е правилната теория. „Най-прекият начин да се отговори на този въпрос е да се следят отблизо орбитите на звездите, минаващи близо до Sgr A*“, обясни Стефан Гелсен, един от астрономите, участващи в тази работа.

Общата теория на относителността на Айнщайн предвижда, че орбитите на звездите около компактен, свръхмасивен обект са малко по-различни от тези, предсказани от класическата нютонова физика. По-специално, общата теория на относителността прогнозира, че орбитите на звездите ще очертаят елегантна розетка – ефект, известен като Проактивен Шварцшилд. За да види действително звездите, които проследяват тази роза, екипът проследи позицията и скоростта на четири звезди в непосредствена близост до Sgr A* – наречени S2, S29, S38 и S55. Наблюденията на екипа за това докъде са стигнали тези звезди позволиха да се направи извод за масовото разпределение в Sgr A*. Те откриха, че всяка маса, простираща се в орбитата на S2, допринася най-много 0,1% от масата на свръхмасивната черна дупка.

анимирана поредица за[{“ 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 в сърцето на Млечния път, за да видите звезди, наблюдавани от Много големия телескоп на Европейската южна обсерватория (последно наблюдение от 2019 г.). По-нататъшното увеличение разкрива звезди по-близо до черната дупка, наблюдавани с помощта на инструмента GRAVITY на интерферометъра с много голям телескоп на ESO в средата на 2021 г.

„Обсерваториите на Gemini продължават да дават нов поглед върху природата на нашата галактика и свръхмасивната черна дупка в нейния център“, каза Мартин Стийл, програмен директор на Gemini в Националната научна фондация. „По-нататъшното развитие на инструменти през следващото десетилетие, предназначени за широко използване, ще запази лидерството на NOIRLab в характеризирането на вселената около нас.

За повече информация относно това изследване вж Гледайте как звездите се състезават около свръхмасивната черна дупка на Млечния път.

Бележки

1. Стрелец A* се произнася като „звезда Стрелец“.
2. VLT на ESO се състои от четири единични телескопа с диаметър 8,2 метра, които могат да събират светлина през мрежа от огледала и подземни тунели, използвайки техника, известна като интерферометрия, за да образуват VLTI. GRAVITY използва тази технология за измерване на позицията на обектите в нощното небе по височина[{“ 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).