Obrazový kredit: ESO
Tím astronómov si všimol inak normálnu hviezdu, ktorá tesne skončila so supermasívnou čiernou dierou, ktorá sa skrýva v strede našej Mliečnej dráhy. Pri najbližšom priblížení bola hviezda vzdialená len 17 svetelných hodín od čiernej diery (trojnásobná vzdialenosť Slnka od Pluta). Obrazy regiónu sa zhromažďovali v priebehu 10 rokov pomocou systému adaptívnej optiky na observatóriu Paranal v južnom observatóriu Európy.
Medzinárodný tím astronómov [2], vedený výskumníkmi v Inštitúte mimozemskej fyziky Maxa Plancka (MPE), priamo pozoroval inak normálnu hviezdu obiehajúcu po supermasívnej čiernej diere v strede galaxie Mliečna dráha.
Desať rokov starostlivých meraní bolo korunovaných radom jedinečných snímok získaných prístrojom NAOS-CONICA (NACO) Adaptive Optics (AO) [3] na teleskopu VLT YEPUN s dĺžkou 8,2 m na paranálnom observatóriu ESO. Ukazuje sa, že začiatkom tohto roka sa hviezda priblížila k centrálnej Čiernej diere do 17 svetelných hodín - iba trikrát viac ako vzdialenosť medzi Slnkom a planétou Pluto - a pritom cestovala rýchlosťou najmenej 5000 km / s.
Predchádzajúce merania rýchlostí hviezd v blízkosti centra Mliečnej dráhy a premenlivé röntgenové žiarenie z tejto oblasti doteraz poskytli najsilnejší dôkaz o existencii centrálnej čiernej diery v našej domácej galaxii a implicitne o tom, že temná hmota Koncentrácie pozorované v mnohých jadrách iných galaxií sú pravdepodobne tiež supermasívne čierne diery. Zatiaľ však nebolo možné vylúčiť niekoľko alternatívnych konfigurácií.
V prielomovom článku, ktorý sa objavil vo vedeckom časopise Nature 17. októbra 2002, súčasný tím hlási svoje vzrušujúce výsledky, vrátane snímok s vysokým rozlíšením, ktoré umožňujú sledovať dve tretiny obežnej dráhy hviezdy označenej „S2“. V súčasnosti je to najbližšia pozorovateľná hviezda ku kompaktnému zdroju rádia a masívny kandidát na čierne diery „SgrA *“ („Strelec A“) v samom strede Mliečnej dráhy. Obežná doba je niečo vyše 15 rokov.
Nové merania s veľkou istotou vylučujú, že stredná temná hmota sa skladá zo zhluku neobvyklých hviezd alebo elementárnych častíc, a nenechávajú žiadne pochybnosti o prítomnosti supermasívnej čiernej diery v strede galaxie, v ktorej žijeme.
Kvasary a čierne diery
Od objavu kvázarov (kvázi-hviezdnych rádiových zdrojov) v roku 1963 astrofyzici hľadali vysvetlenie výroby energie v týchto najsvetlejších objektoch vo vesmíre. Kvazary bývajú v strede galaxií a predpokladá sa, že enormná energia emitovaná týmito objektmi je spôsobená padaním hmoty na supermasívnu čiernu dieru, ktorá uvoľňuje gravitačnú energiu prostredníctvom intenzívneho žiarenia predtým, ako tento materiál navždy zmizne do diery (v terminológii fyziky: „Prechádza za horizont udalostí“ [4]).
Aby sme vysvetlili úžasnú produkciu energie kvasarov a iných aktívnych galaxií, musíme odhadnúť prítomnosť čiernych dier s hmotnosťou jedného milióna až niekoľko miliárd krát hmotnosťou Slnka. V posledných rokoch sa hromadilo veľa dôkazov na podporu vyššie uvedeného modelu „narastajúcej čiernej diery“ pre kvasary a iné galaxie, vrátane zisťovania koncentrácií tmavých hmôt v ich centrálnych oblastiach.
Jednoznačný dôkaz si však vyžaduje vylúčenie všetkých možných iných, iných ako čiernych dierových konfigurácií koncentrácie centrálnej hmoty. Preto je nevyhnutné určiť tvar gravitačného poľa veľmi blízko centrálneho objektu - a to nie je možné pre vzdialené kvasary z dôvodu technologických obmedzení v súčasnosti dostupných ďalekohľadov.
V strede Mliečnej dráhy
Stred našej galaxie Mliečna dráha sa nachádza v južnom súhvezdí Strelec (The Archer) a je vzdialený “len” 26 000 svetelných rokov [5]. Na obrázkoch s vysokým rozlíšením je možné rozoznať tisíce jednotlivých hviezd v centrálnej oblasti s jedným svetelným rokom (to zodpovedá asi jednej štvrtine vzdialenosti k „Proxima Centauri“, hviezdy najbližšej k slnečnej sústave) ,
Pomocou pohybov týchto hviezd na snímanie gravitačného poľa sa pozorovania pomocou 3,5-metrového nového technologického ďalekohľadu (NTT) na observatóriu ESO La Silla (Chile) (a následne na 10-m ďalekohľade Keck, Havaj, USA) nad v poslednom desaťročí sa ukázalo, že približne 3 miliónnásobok hmotnosti Slnka sa sústreďuje v okruhu iba 10 svetelných dní [5] od kompaktného rádiového a röntgenového zdroja SgrA * („Strelec A“) v strede hviezdokopa.
To znamená, že SgrA * je najpravdepodobnejším náprotivkom domnelej čiernej diery a zároveň robí z Galaktického centra najlepší dôkaz o existencii takýchto supermasívnych čiernych dier. Tieto skoršie vyšetrovania však nemohli vylúčiť niekoľko ďalších konfigurácií iných ako čiernych dier.
„Potom sme potrebovali ešte ostrejšie obrázky, aby sme vyriešili otázku, či je možná iná konfigurácia, ako je čierna diera, a na ich poskytnutie sme počítali s ďalekohľadom ESO VLT,“ vysvetľuje Reinhard Genzel, riaditeľ inštitútu Max-Planck pre mimozemskú fyziku ( MPE) v Garchingu pri Mníchove (Nemecko) a člen súčasného tímu. „Nový nástroj NAOS-CONICA (NACO), vybudovaný v úzkej spolupráci medzi našim inštitútom, Astronomickým ústavom Maxa Plancka (MPIA: Heidelberg, Nemecko), ESO a observatória Paríž-Meudon a Grenoble (Francúzsko), bol práve čo sme potrebovali, aby sme urobili tento rozhodujúci krok vpred “.
Pripomienky centra NACO v Mliečnej dráhe
Nový prístroj NACO [3] bol nainštalovaný koncom roku 2001 na teleskopu YEPUN VLT 8,2 m. Už počas počiatočných testov vytvoril mnoho pôsobivých obrazov, z ktorých niektoré boli predmetom predchádzajúcich tlačových správ ESO [6].
„Prvé pozorovania tohto roku s NACO nám okamžite poskytli najostrejšie a„ najhlbšie “snímky Centra Mliečnej dráhy, ktoré ukazujú veľké množstvo hviezd v tejto oblasti veľmi podrobne,“ hovorí Andreas Eckart z Kolínskej univerzity, ďalší člen medzinárodného tímu, ktorého predsedajú Rainer Sch? del, Thomas Ott a Reinhard Genzel z MPE. "Boli sme však stále ohromení úžasným výsledkom týchto údajov!"
Kombináciou svojich infračervených snímok s vysokými rozlíšenými rádiovými dátami bol tím schopný určiť - počas desiatich rokov - veľmi presné polohy asi tisíc hviezd v centrálnej oblasti vzhľadom na kompaktný zdroj rádia SgrA *, pozri PR Photo 23c / 02.
„Keď sme v máji 2002 zahrnuli najnovšie údaje NACO do našej analýzy, nemohli sme uveriť našim očiam. Hviezda S2, ktorá je v súčasnosti najbližšie k SgrA *, práve vykonala rýchly výkyv v blízkosti zdroja rádia. Zrazu sme si uvedomili, že sme skutočne svedkami pohybu hviezdy na obežnej dráhe okolo centrálnej čiernej diery, pričom sme ju neuveriteľne blízko k tomuto záhadnému objektu, “hovorí veľmi šťastný Thomas Ott, ktorý v súčasnosti pracuje v tíme MPE na svojej dizertačnej práci. ,
Na obežnej dráhe okolo strednej čiernej diery
Žiadna podobná udalosť nebola nikdy zaznamenaná. Tieto jedinečné dáta jednoznačne ukazujú, že S2 sa pohybuje po eliptickej obežnej dráhe so SgrA * v jednom ohnisku, t.j. S2 obieha SgrA * ako Zem obieha okolo Slnka, porovnaj pravý panel PR Photo 23c / 02.
Vynikajúce údaje tiež umožňujú presné určenie orbitálnych parametrov (tvar, veľkosť atď.). Ukazuje sa, že S2 dosiahla svoju najbližšiu vzdialenosť k SgrA * na jar 2002, kedy bola od zdroja rádia iba 17 svetelných hodín [5], alebo iba 3-krát oproti vzdialenosti Sun-Pluto. Potom sa pohyboval rýchlosťou viac ako 5 000 km / s, čo je takmer stonásobok rýchlosti Zeme na jej obežnej dráhe okolo Slnka. Obežná doba je 15,2 roka. Obežná dráha je pomerne predĺžená - excentricita je 0,87, čo naznačuje, že S2 je vzdialená asi 10 svetelných dní od centrálnej hmoty v najvzdialenejšom orbitálnom bode [7].
„Teraz sme schopní s istotou demonštrovať, že SgrA * je skutočne miestom centrálnej temnej hmoty, o ktorej sme vedeli, že existuje. Ešte dôležitejšie je, že naše nové údaje sa „zmenšili“ o niekoľko tisíc objemov, v ktorých je obsiahnutých týchto niekoľko miliónov slnečných hmôt, “hovorí Rainer Sch? Del, doktorand na MPE a tiež prvý autor výslednej práce.
Modelové výpočty teraz ukazujú, že najlepší odhad hmotnosti Čiernej diery v strede Mliečnej dráhy je 2,6? 0,2 milióna násobok hmotnosti Slnka.
Žiadne ďalšie možnosti
Podľa podrobnej analýzy predloženej v článku Nature sa teraz s konečnou platnosťou dajú vylúčiť ďalšie skôr možné konfigurácie, ako sú veľmi kompaktné zhluky neutrónových hviezd, čierne diery hviezdnej veľkosti alebo hviezdy nízkej hmotnosti alebo dokonca guľa predpokladaných ťažkých neutrín.
Jedinou stále životaschopnou konfiguráciou iných ako čiernych dier je hypotetická hviezda ťažkých elementárnych častíc nazývaná bozóny, ktorá by vyzerala veľmi podobne ako čierna diera. „Avšak,“ hovorí Reinhard Genzel, „aj keď je takáto bosonová hviezda v zásade možná, aj tak by sa rýchlo zrútil do superhmotnej čiernej diery, takže si myslím, že sme prípad celkom klinicky zvládli!“
Ďalšie pozorovania
„Väčšina astrofyzikov by uznala, že nové údaje poskytujú presvedčivé dôkazy o tom, že v strede Mliečnej dráhy existuje obrovská čierna diera. To ešte viac zvyšuje pravdepodobnosť veľkolepej interpretácie čiernych dier pre obrovskú koncentráciu tmavej hmoty zistenej v strede mnohých iných galaxií, “hovorí Alvio Renzini, vedecký pracovník VLT programu ESO.
Čo teda ešte treba urobiť? Ďalším veľkým cieľom je teraz pochopiť, kedy a ako sa tieto supermasívne čierne diery vytvorili a prečo sa zdá, že takmer každá masívna galaxia obsahuje jednu. Tvorba centrálnych čiernych dier a formovanie ich hostiteľských galaxií sa javia stále viac ako jeden problém. Je to skutočne jedna z vynikajúcich výziev, ktoré musí VLT vyriešiť v nasledujúcich rokoch.
Nie je pochýb o tom, že prichádzajúce interferometrické pozorovania pomocou prístrojov na interferometri VLT (VLTI) a Large Binocular Telescope (LBT) budú mať za následok ďalší obrovský skok v tomto vzrušujúcom poli výskumu.
Andreas Eckart je optimistický: „Možno bude možné pomocou RTG a rádiových pozorovaní v najbližších rokoch priamo preukázať existenciu horizontu udalostí.“
Pôvodný zdroj: ESO News Release
