Есть ли что-то еще скрытое в центре Млечного Пути?

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] — Было трудно окончательно доказать, что большая часть этой массы принадлежит только сверхмассивной черной дыре и не включает в себя также огромное количество материи, такой как звезды, которые меньше черные дырыили межзвездная пыль и газ, или темная материя.

На этих аннотированных изображениях, полученных с помощью прибора GRAVITY на очень большом телескопе-интерферометре ESO (VLTI) в период с марта по июль 2021 года, показаны звезды, вращающиеся вокруг Стрельца A*, сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. Одна из этих звезд, названная S29, наблюдалась, когда она максимально приблизилась к черной дыре на расстоянии 13 миллиардов километров, что в 90 раз превышает расстояние между Солнцем и Землей. Еще одна звезда, названная S300, была впервые обнаружена в новых наблюдениях VLTI, о которых сообщает ESO.
С помощью программы Gemini North Международной обсерватории Близнецов, программы NOIRLab NSF и VLT ESO, астрономы точнее, чем когда-либо, измерили положение и скорость этих звезд S29 и S55 (а также звезд S2 и S38) и обнаружили, что они движутся. таким образом, который показывает, что масса в центре Млечного Пути почти полностью обусловлена ​​черной дырой Стрелец A *, оставляя очень мало места для чего-либо еще. Предоставлено: сотрудничество ESO/GRAVITY.

«Поскольку Нобелевская премия по физике 2020 года присуждена за подтверждение того, что Sgr A* действительно является черной дырой, теперь мы хотим двигаться вперед. Мы хотели бы понять, есть ли что-то еще скрытое в центре Млечного Пути, и есть ли вообще Теория относительности действительно правильная. «Самый прямой способ ответить на этот вопрос — внимательно следить за орбитами звезд, проходящих вблизи Стрельца А*», — объяснил Стефан Гельсен, один из астрономов, участвовавших в этой работе.

Общая теория относительности Эйнштейна предсказывает, что орбиты звезд вокруг компактного сверхмассивного объекта немного отличаются от тех, которые предсказывает классическая ньютоновская физика. В частности, общая теория относительности предсказывает, что орбиты звезд будут образовывать элегантную розетку — эффект, известный как Активный Шварцшильд. Чтобы на самом деле увидеть звезды, отслеживающие эту розу, команда отследила положение и скорость четырех звезд в непосредственной близости от Sgr A*, названных S2, S29, S38 и S55. Наблюдения группы за тем, как далеко ушли эти звезды, позволили сделать вывод о распределении масс внутри Sgr A*. Они обнаружили, что любая масса, простирающаяся в пределах орбиты S2, составляет не более 0,1% массы сверхмассивной черной дыры.

анимированная последовательность для[{» 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.”

Приблизьтесь к центру Млечного Пути, чтобы увидеть звезды, наблюдаемые с помощью Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории (последнее наблюдение в 2019 году). При дальнейшем увеличении видны звезды ближе к черной дыре, которые наблюдались с помощью прибора GRAVITY на интерферометре Очень Большого Телескопа ESO в середине 2021 года.

«Обсерватории Gemini продолжают по-новому понимать природу нашей галактики и сверхмассивной черной дыры в ее центре», — сказал Мартин Стил, руководитель программы Gemini в Национальном научном фонде. «Дальнейшее развитие инструментов в течение следующего десятилетия, предназначенных для широкого использования, сохранит лидерство NOIRLab в описании Вселенной вокруг нас».

Для получения дополнительной информации об этом исследовании см. Посмотрите, как звезды мчатся вокруг сверхмассивной черной дыры Млечного Пути..

Заметки

1. Стрелец А* произносится как «звезда Стрельца».
2. VLT ESO состоит из четырех одноместных телескопов диаметром 8,2 метра, которые могут собирать свет через сеть зеркал и подземных туннелей, используя технику, известную как интерферометрия, для формирования VLTI. GRAVITY использует эту технологию для измерения положения объектов ночного неба по высоте.[{» 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).