Billedkredit: ESO
Et team af astronomer har opdaget, at en ellers normal stjerne foretager en tæt pasning med det supermassive sorte hul, der lurer i midten af vores Mælkevejsgalakse. Da den var nærmest, var stjernen kun 17 lystimer væk fra det sorte hul (tre gange solens afstand til Pluto). Billeder af regionen blev samlet over 10 år ved hjælp af det adaptive optiksystem på European Southern Observatory's Paranal Observatory.
Et internationalt team af astronomer [2], ledet af forskere ved Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE), har direkte observeret en ellers normal stjerne, der kredser om det supermassive sorte hul i midten af Mælkevejen.
Ti år med omhyggelige målinger er blevet kronet af en række unikke billeder opnået af Adaptive Optics (AO) NAOS-CONICA (NACO) instrumentet [3] på 8,2 m VLT YEPUN-teleskopet ved ESO Paranal Observatory. Det viser sig, at stjernen tidligere på året nærmet sig det sorte sorte hul til inden for 17 lystimer - kun tre gange afstanden mellem Solen og planeten Pluto - mens hun rejste med ikke mindre end 5000 km / sek.
Tidligere målinger af hastigheden af stjerner nær centrum af Mælkevejen og variabel røntgenstråling fra dette område har givet det stærkeste bevis så langt på eksistensen af et centralt sort hul i vores hjemmegalakse og implicit, at den mørke masse koncentrationer, der ses i mange kerner i andre galakser, er sandsynligvis også supermassive sorte huller. Det har dog endnu ikke været muligt at ekskludere flere alternative konfigurationer.
I et gennembrudspapir, der blev vist i forskningstidsskriftet Nature den 17. oktober 2002, rapporterer det nuværende team deres spændende resultater, herunder billeder i høj opløsning, der giver mulighed for at spore to tredjedele af bane til en stjerne, der kaldes ”S2”. Det er i øjeblikket den nærmeste observerbare stjerne til den kompakte radiokilde og den massive sort hulkandidat "SgrA *" ("Skytten A") midt i Mælkevejen. Baneperioden er lidt over 15 år.
De nye målinger udelukker med stor tillid til, at den centrale mørke masse består af en klynge af usædvanlige stjerner eller elementære partikler og efterlader ringe tvivl om tilstedeværelsen af et supermassivt sort hul i midten af den galakse, hvor vi bor.
Kvasarer og sorte huller
Lige siden opdagelsen af kvasarer (kvasi-stjernede radiokilder) i 1963 har astrofysikere søgt efter en forklaring af energiproduktionen i disse mest lysende genstande i universet. Kvasarer bor i galaksernes centre, og det antages, at den enorme energi, der udsendes af disse genstande, skyldes, at materie falder ned på et supermassivt sort hul, og frigiver gravitationsenergi gennem intens stråling, før dette materiale for evigt forsvinder ned i hullet (i fysikterminologi: “Passerer ud over begivenhedshorisonten” [4]).
For at forklare den vidunderlige energiproduktion af kvasarer og andre aktive galakser er man nødt til at antage tilstedeværelsen af sorte huller med masser fra en million til flere milliarder gange solens masse. Der er samlet mange bevis i løbet af de seneste år til støtte for ovennævnte "akkrediterende sorte hul" -model for kvasarer og andre galakser, herunder påvisning af mørke massekoncentrationer i deres centrale regioner.
Et utvetydigt bevis kræver dog, at alle mulige andre ikke-sorte hulkonfigurationer af den centrale massekoncentration udelukkes. Til dette er det bydende at bestemme formen på tyngdefeltet meget tæt på det centrale objekt - og det er ikke muligt for de fjerne kvasarer på grund af teknologiske begrænsninger af de aktuelt tilgængelige teleskoper.
Centret af Mælkevejen
Centrum af vores Mælkevejsgalakse er beliggende i den sydlige konstellation Skytten (The Archer) og er "kun" 26.000 lysår væk [5]. På billeder i høj opløsning er det muligt at skelne tusinder af individuelle stjerner i det centrale, en lysårsbredt region (dette svarer til cirka en fjerdedel af afstanden til “Proxima Centauri”, den stjerne tættest på solsystemet) .
Brug af disse stjerners bevægelser til at undersøge tyngdekraftsfeltet, observationer med det 3,5 m store New Technology Telescope (NTT) ved ESO La Silla Observatory (Chile) (og derefter ved det 10 m store Keck-teleskop, Hawaii, USA) over sidste årti har vist, at en masse på omkring 3 millioner gange solens sol er koncentreret inden for en radius på kun 10 lysdage [5] af den kompakte radio- og røntgenkilde SgrA * ("Skytten A") i centrum af stjerneklyngen.
Dette betyder, at SgrA * er det mest sandsynlige modstykke til det formodede sorte hul, og på samme tid gør det Galactic Center til det bedste bevis for eksistensen af sådanne supermassive sorte huller. Disse tidligere undersøgelser kunne imidlertid ikke udelukke adskillige andre ikke-sorte hulkonfigurationer.
”Vi havde derefter brug for endnu skarpere billeder for at løse spørgsmålet om, hvorvidt en anden konfiguration end et sort hul er muligt, og vi regnede med på ESO VLT-teleskopet til at give dem”, forklarer Reinhard Genzel, direktør ved Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics ( MPE) i Garching nær München (Tyskland) og medlem af det nuværende team. ”Det nye NAOS-CONICA (NACO) instrument, bygget i et tæt samarbejde mellem vores institut, Max-Planck Institut for Astronomi (MPIA: Heidelberg, Tyskland), ESO og Paris-Meudon og Grenoble Observatorier (Frankrig), var bare hvad vi havde brug for for at tage dette afgørende skridt fremad ”.
NACO-observationer af Milky Way-centret
Det nye NACO-instrument [3] blev installeret i slutningen af 2001 på VLT 8,2 m YEPUN-teleskopet. Allerede under de indledende test producerede det mange imponerende billeder, hvoraf nogle har været genstand for tidligere ESO-pressemeddelelser [6].
"De første observationer i år med NACO gav os med det samme de skarpeste og 'dybeste' billeder af Mælkevejscentret nogensinde taget, hvilket viser et stort antal stjerner i dette område i detaljer", siger Andreas Eckart fra University of Cologne, et andet medlem af det internationale hold, der ledes af Rainer Sch? del, Thomas Ott og Reinhard Genzel fra MPE. ”Men vi skulle stadig overvældes af det vidunderlige resultat af disse data!”
Ved at kombinere deres infrarøde billeder med højopløselig radiodata kunne holdet i en tiårsperiode bestemme meget nøjagtige positioner på ca. tusind stjerner i det centrale område med hensyn til den kompakte radiokilde SgrA *, se PR Photo 23c / 02.
”Da vi inkluderede de nyeste NACO-data i vores analyse i maj 2002, kunne vi ikke tro vores øjne. Stjernen S2, som i øjeblikket er tættest på SgrA *, havde netop udført en hurtig swing-by nær radiokilden. Vi indså pludselig, at vi faktisk var vidne til bevægelsen af en stjerne i kredsløb omkring det centrale sorte hul og tager det utroligt tæt på det mystiske objekt ”, siger en meget glad Thomas Ott, der nu arbejder i MPE-teamet på sin ph.d.-afhandling .
I kredsløb omkring det centrale sorte hul
Der er aldrig optaget nogen begivenhed som denne. Disse unikke data viser utvetydigt, at S2 bevæger sig langs en elliptisk bane med SgrA * på ét fokus, dvs. S2 kredser om SgrA * som Jorden kredser om solen, jf. Pkt. det højre panel af PR Photo 23c / 02.
De fremragende data tillader også en nøjagtig bestemmelse af orbitalparametrene (form, størrelse osv.). Det viser sig, at S2 nåede sin nærmeste afstand til SgrA * i foråret 2002, på hvilket tidspunkt det kun var 17 lystimer [5] væk fra radiokilden, eller kun 3 gange Sun-Pluto-afstanden. Den bevægede sig derefter med mere end 5000 km / s, eller næsten to hundrede gange Jordens hastighed i sin bane omkring Solen. Omløbsperioden er 15,2 år. Bane er temmelig langstrakt - excentriciteten er 0,87 - hvilket indikerer at S2 er omkring 10 lysdage væk fra den centrale masse på det fjerneste orbitalpunkt [7].
”Vi er nu i stand til at demonstrere med sikkerhed, at SgrA * faktisk er placeringen af den centrale, mørke masse, som vi vidste eksisterede. Endnu vigtigere er vores nye data "krympet" med en faktor på flere tusind det volumen, inden for hvilket disse flere millioner solmasser er indeholdt, "siger Rainer Sch? Del, ph.d.-studerende ved MPE og også første forfatter af det resulterende papir.
Faktisk indikerer modelberegninger nu, at det bedste estimat for massen af det sorte hul i midten af Mælkevejen er 2,6? 0,2 millioner gange solens masse.
Ingen andre muligheder
I henhold til den detaljerede analyse, der er præsenteret i Nature-artiklen, kan andre tidligere mulige konfigurationer, såsom meget kompakte klynger af neutronstjerner, sorte huller i stjernestørrelse eller stjerner med lav masse eller endda en kugle med formodede tunge neutrinoer nu definitivt udelukkes.
Den eneste stadig levedygtige ikke-sorte hulkonfiguration er en hypotetisk stjerne af tunge elementære partikler kaldet bosoner, som ville ligner meget et sort hul. "Dog," siger Reinhard Genzel, "selvom en sådan bosonstjerne i princippet er mulig, ville den hurtigt kollapse i et supermassivt sort hul, så jeg tror, vi har stort set behandlet sagen!"
Næste observationer
”De fleste astrofysikere ville acceptere, at de nye data giver overbevisende bevis for, at der findes et supermassivt sort hul i midten af Mælkevejen. Dette gør endnu mere sandsynligt, at den supermassive tolkning af sort hul for den enorme koncentration af mørk masse opdaget i midten af mange andre galakser ”, siger Alvio Renzini, VLT-programforsker ved ESO.
Så hvad gjenstår der at gøre? Den næste store søgen nu er at forstå hvornår og hvordan disse supermassive sorte huller dannede sig, og hvorfor næsten hver massiv galakse ser ud til at indeholde en. Dannelsen af sorte sorte huller og deres værtsgalakser selv ser i stigende grad ud til at være et problem og det samme. Faktisk en af de enestående udfordringer for VLT at løse i de næste par år.
Der er heller ingen tvivl om, at kommende interferometriske observationer med instrumenter ved VLT-interferometer (VLTI) og det store binokulære teleskop (LBT) også vil resultere i endnu et kæmpespring inden for dette spændende forskningsområde.
Andreas Eckart er optimistisk: "Måske vil det endda være muligt med røntgen- og radioobservationer i de næste par år direkte at demonstrere eksistensen af begivenhedshorisonten."
Original kilde: ESO News Release
