Kuvaluotto: ESO
Joukkue tähtitieteilijöitä on huomannut muuten normaalin tähden tekevän läheisen kulun supermassiivisen mustan aukon kanssa, joka varjostaa Linnunradan galaksin keskipisteessä. Lähin lähestymistapansa mukaan tähti oli vain 17 valotunnin päässä mustasta aukosta (kolme kertaa Auringon etäisyys Pluutosta). Alueen kuvat koottiin yli 10 vuoden aikana adaptiivisen optiikkajärjestelmän avulla Euroopan eteläisen observatorion Paranal-observatoriossa.
Kansainvälinen tähtitieteilijöiden ryhmä [2], jota johtavat Max-Planckin maan ulkopuolisen fysiikan instituutti (MPE), on havainnut suoraan muuten normaalin tähden, joka kiertää supermassiivista mustaa reikää Linnunradan galaksin keskustassa.
Kymmenen vuotta hienostuneita mittauksia kruunasi Adaptive Optics (AO) NAOS-CONICA (NACO) -välineellä [3] saatujen ainutlaatuisten kuvasarjojen [8] avulla ESO Paranal-observatorion 8,2 m: n VLT YEPUN-kaukoputkessa. Osoittautuu, että aiemmin tänä vuonna tähti lähestyi Mustaa reikää 17 valotunnissa - vain kolme kertaa Auringon ja Pluton planeetan välinen etäisyys - matkalla vähintään 5000 km / sek.
Aikaisemmat Linnunradan keskipisteen lähellä olevien tähtien nopeuksien mittaukset ja muuttuva röntgensäteilymittaus tällä alueella ovat toistaiseksi osoittaneet vahvinta todistuksen keski-mustan reiän olemassaolosta kotigalaksissamme ja epäsuorasti, että tumma massa monien muiden galaksien ytimissä havaitut pitoisuudet ovat todennäköisesti myös supermassiivisia mustia reikiä. Useita vaihtoehtoisia kokoonpanoja ei kuitenkaan ole vielä ollut mahdollista sulkea pois.
Läpinäkyvässä lehdessä Nature, joka ilmestyi 17. lokakuuta 2002, nykyinen joukkue raportoi heidän jännittävistä tuloksistaan, mukaan lukien korkearesoluutioiset kuvat, jotka mahdollistavat kahden kolmasosan jäljittämisen tähdellä, jonka nimi on S2. Se on tällä hetkellä lähinnä havaittavissa oleva tähti kompaktille radiolähteelle ja massiiviselle mustan aukon ehdokkaalle “SgrA *” (“Jousimies A”) Linnunradan aivan keskustassa. Kiertorata-aika on hieman yli 15 vuotta.
Uudet mittaukset sulkevat suurella varmuudella pois siitä, että tumma keskeinen massa koostuu epätavallisten tähteiden tai alkuainehiukkasten ryhmästä, ja jättävät vähän epäilyjä supermassiivisen mustan aukon olemassaolosta galaksin keskustassa, jossa elämme.
Kvasaareja ja mustia reikiä
Siitä lähtien, kun kvaasarit (kvastetaariset radiolähteet) löydettiin vuonna 1963, astrofysiikit ovat etsineet selitystä energiantuotannolle näissä maailmankaikkeuden valoisimmissa kohteissa. Kvavaarit asuvat galaksien keskuksissa, ja uskotaan, että näiden esineiden lähettämä valtava energia johtuu aineesta, joka putoaa supermassiiviseen mustaan reikään, vapauttaen painovoimaenergiaa voimakkaan säteilyn kautta ennen kuin tämä aine katoaa ikuisesti reikään (fysiikan terminologiassa: ”Ohittaa tapahtumahorisontin” (4)).
Kvasaarien ja muiden aktiivisten galaksien ihmeellisen energiantuotannon selittämiseksi on ajateltava mustien reikien olemassaoloa, joiden massat ovat miljoonasta useisiin miljardiin kertaisiin auringon massaan nähden. Viime vuosien aikana on kertynyt paljon näyttöä tukemaan edellä mainittua kvartaarien ja muiden galaksien "mukautuvan mustan aukon" mallia, mukaan lukien tummien massapitoisuuksien havaitseminen niiden keskialueilla.
Yksiselitteinen todiste vaatii kuitenkin kaikkien muiden keskimääräisen massakonsentraation muiden kuin mustien aukkojen kokoonpanojen sulkemisen pois. Tätä varten on välttämätöntä määrittää painovoimakentän muoto hyvin lähellä keskikohtaa - ja tämä ei ole mahdollista etäisille kvaasareille tällä hetkellä saatavien teleskooppien teknisten rajoitusten vuoksi.
Linnunradan keskusta
Linnunradan galaksin keskipiste sijaitsee Jousimiehen eteläisessä rakennuksessa ja on "vain" 26 000 valovuoden päässä [5]. Korkean resoluution kuvissa on mahdollista erottaa tuhannet yksittäiset tähdet yhden valovuoden leveällä alueella (tämä vastaa noin neljäsosaa etäisyydestä Proxima Centauriin, joka on lähinnä aurinkokuntaa oleva tähti) .
Tarkkailemalla näiden tähtiä liikkeillä painovoimakentän havaitsemiseksi 3,5 m: n uuden tekniikan teleskoopilla (NTT) ESO La Silla-observatoriossa (Chile) (ja myöhemmin 10 m: n Keck-teleskoopilla, Hawaii, USA) viime vuosikymmen on osoittanut, että noin 3 miljoonaa kertaa auringon massa on keskittynyt vain 10 valopäivän säteeseen [5] kompaktista radio- ja röntgenlähteestä SgrA * (”Jousimies A”) keskellä tähti klusterin.
Tämä tarkoittaa, että SgrA * on oletetun mustan aukon todennäköisin vastine ja samalla tekee siitä Galaktisen keskuksen parhaaksi todisteeksi tällaisten supermassiivisten mustien reikien olemassaolosta. Nämä aikaisemmat tutkimukset eivät kuitenkaan voineet sulkea pois useita muita, ei mustia aukkoja koskevia kokoonpanoja.
"Tarvitsimme sitten vielä terävämpiä kuvia ratkaistaksemme, onko jokin muu konfiguraatio kuin musta aukko mahdollista, ja luotimme ESO VLT-kaukoputkeen tarjotaksemme niitä", selittää Max-Planckin Maa-fysiikan instituutin johtaja Reinhard Genzel ( MPE) Garchingissa lähellä Müncheniä (Saksa) ja nykyisen joukkueen jäsen. ”Uusi NAOS-CONICA (NACO) -instrumentti, joka rakennettiin tiiviissä yhteistyössä instituutin, Max-Planckin tähtitieteen instituutin (MPIA: Heidelberg, Saksa), ESO: n ja Pariisin-Meudonin ja Grenoblen observatorioiden (Ranska) välillä, oli juuri mitä meidän oli tehtävä tämän päättäväisen askeleen eteenpäin ”.
Linnunradan keskuksen NACO-havainnot
Uusi NACO-instrumentti [3] asennettiin vuoden 2001 lopulla VLT 8,2 m: n YEPUN-kaukoputkeen. Se tuotti jo ensimmäisten testien aikana monia vaikuttavia kuvia, joista joistakin on tehty aiempia ESO: n lehdistötiedotteita [6].
"Ensimmäiset havainnot tänä vuonna NACO: n kanssa antoivat meille heti terävimmät ja" syvimmät "kuvat Linnunradan keskuksesta, joissa on suuri joukko tähtiä alueella erittäin yksityiskohtaisesti", kertoo Kölnin yliopiston Andreas Eckart. toinen jäsen kansainvälisessä joukkueessa, jota johtavat Rainer Schlapp, Thomas Ott ja Reinhard Genzel MPE: stä. "Mutta meidän oli silti hämmästyttävä näiden tietojen upeasta lopputuloksesta!"
Yhdistämällä heidän infrapunakuvansa korkearesoluutioiseen radiotietoon, ryhmä pystyi kymmenen vuoden aikana määrittämään erittäin tarkat noin tuhannen tähden tähdet keskialueella suhteessa kompaktiin radiolähteeseen SgrA *, katso PR Photo 23c / 02.
”Kun sisällytimme viimeisimmät NACO-tiedot analyysiimme toukokuussa 2002, emme voineet uskoa silmäämme. Tähti S2, joka on tällä hetkellä lähinnä SgrA *: ta, oli juuri suorittanut nopean vauhdin radion lähteen lähellä. Ymmärsimme yhtäkkiä, että olimme tosiasiallisesti nähneet tähtien liikkumisen kiertoradalla keskimmäisen mustan aukon ympärillä ottaen sen uskomattoman lähelle salaperäistä kohdetta ”, kertoo erittäin onnellinen Thomas Ott, joka työskentelee nyt MPE-ryhmässä väitöskirjassaan .
Kiertoradalla keskeisen mustan aukon ympärillä
Yhtään tämänkaltaista tapahtumaa ei ole koskaan tallennettu. Nämä ainutlaatuiset tiedot osoittavat yksiselitteisesti, että S2 liikkuu elliptistä kiertorataa pitkin SgrA *: n kanssa yhdessä keskittymässä, ts. S2 kiertää SgrA *: ta kuten maa kiertää aurinkoa, vrt. PR-kuvan 23c / 02 oikea paneeli.
Upea data mahdollistaa myös tarkan orbitaaliparametrien (muodon, koon jne.) Määrittämisen. Osoittautuu, että S2 saavutti lähimmän etäisyytensä SgrA *: iin keväällä 2002, jolloin se oli vain 17 valotuntia [5] päässä radiolähteestä tai vain kolme kertaa Auringon ja Pluton etäisyys. Sitten se liikkui nopeudella yli 5000 km / s tai melkein kaksisataa kertaa maan nopeudella kiertoradallaansa Auringon ympäri. Kiertorata-aika on 15,2 vuotta. Kiertorata on melko pitkänomainen - epäkeskeisyys on 0,87 -, mikä osoittaa, että S2 on noin 10 valopäivää päässä keskimassasta kaikkein kauimpana kiertoradan pisteessä [7].
"Pystymme nyt varmuudella osoittamaan, että SgrA * on todellakin sen pimeän joukon sijainti, jonka tiesimme olevan olemassa. Vielä tärkeämpää on, että uudet tietomme ovat ”kutistuneet” monella tuhannella kerralla tilavuuteen, johon nämä useat miljoonat aurinkomassat sisältyvät ”, kertoo MPE: n jatko-opiskelija Rainer Schöla ja tuloksena olevan tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja.
Itse asiassa mallilaskelmat osoittavat nyt, että paras arvio mustanreiän massasta Linnunradan keskustassa on 2,6? 0,2 miljoonaa kertaa auringon massa.
Ei muita mahdollisuuksia
Nature-artikkelissa esitetyn yksityiskohtaisen analyysin mukaan muut aiemmin mahdolliset kokoonpanot, kuten erittäin pienikokoiset neutronitähteiden ryhmät, tähtikokoiset mustat aukot tai pienimassatähdet tai jopa oletettujen raskaiden neutriinojen pallo, voidaan nyt lopullisesti sulkea pois.
Ainoa edelleen elinkelpoinen ei-mustan aukon kokoonpano on hypoteettinen tähti raskaista alkuainehiukkasista, nimeltään bosoneja, jotka näyttävät hyvin samanlaisilta kuin musta aukko. "Kuitenkin", sanoo Reinhard Genzel, "vaikka tällainen bosonitähti on periaatteessa mahdollista, se romahtaisi nopeasti joka tapauksessa supermassiiviseksi mustaksi reikäksi, joten mielestäni olemme melko paljon käsitelleet tapausta!"
Seuraavat havainnot
”Useimmat astrofysiikot hyväksyisivät sen, että uudet tiedot tarjoavat vakuuttavaa näyttöä siitä, että Linnunradan keskustassa on supermassiivinen musta aukko. Tämä tekee entistä todennäköisimmäksi supermassiivisen mustan aukon tulkinnan valtavan tumman massan pitoisuudelle, joka havaitaan monien muiden galaksien keskuksessa ”, kertoo ESO: n VLT-ohjelmistotutkija Alvio Renzini.
Joten mitä on vielä tehtävä? Seuraava suuri tehtävä on nyt ymmärtää, milloin ja miten nämä supermassiiviset mustat aukot muodostuivat ja miksi melkein jokainen massiivinen galaksi näyttää sisältävän yhden. Keskeisten mustien reikien muodostuminen ja heidän isäntägalaksejensa itsensä muodostuminen näyttävät yhä olevan vain yksi ongelma. Itse asiassa yksi VLT: n jäljellä olevista haasteista ratkaistavana tulevina vuosina.
Ei ole myöskään epäilystäkään siitä, että tulevat interferometriset havainnot instrumenteilla VLT-interferometrillä (VLTI) ja suurella binokulaarisella teleskoopilla (LBT) johtavat myös uuden jättiläisen harppauksen tähän jännittävään tutkimusalueeseen.
Andreas Eckart on optimistinen: "Ehkä seuraavien vuosien aikana jopa röntgen- ja radiohavainnoilla on mahdollista osoittaa suoraan tapahtumahorisontin olemassaolo."
Alkuperäinen lähde: ESO-lehdistötiedote
