Attēla kredīts: ESO
Astronomu komanda ir pamanījusi citādi normālu zvaigzni, un tā veic tuvu supermasīvajam melnajam caurumam, kas slēpjas mūsu Piena ceļa galaktikas centrā. Tuvākajā laikā zvaigzne atradās tikai 17 gaismas stundu attālumā no melnā cauruma (trīs reizes pārsniedzot Saules attālumu līdz Plutonam). Reģiona attēli tika apkopoti 10 gadu laikā, izmantojot adaptīvo optikas sistēmu Eiropas Dienvidu observatorijas Paranālā observatorijā.
Starptautiska astronomu komanda [2], kuru vadībā ir Maksima Planka Ārzemju fizikas institūta (MPE) pētnieki, ir tieši novērojusi citādi normālu zvaigzni, kas riņķo virs supermasīvā melnā cauruma Piena ceļa galaktikas centrā.
Desmit gadu rūpīgus mērījumus vainagojusi unikālu attēlu sērija, kas iegūta ar adaptīvās optikas (AO) NAOS-CONICA (NACO) instrumentu [3] 8,2 m VLT YEPUN teleskopā ESO Paranal Observatory. Izrādās, šī gada sākumā zvaigzne pietuvojās Melnajam caurumam 17 gaismas stundu laikā - tikai trīs reizes pārsniedzot attālumu starp Sauli un planētu Plutonu -, ceļojot ar ātrumu vismaz 5000 km / sek.
Iepriekšējie Zvaigžņu ātruma mērījumi Piena ceļa centra tuvumā un mainīgā rentgenstaru izstarošana no šī apgabala ir snieguši visspēcīgākos pierādījumus par centrālā melnā cauruma esamību mūsu mājas galaktikā un netieši par to, ka tumšā masa koncentrācijas, kas redzamas daudzos citu galaktiku kodolos, iespējams, ir arī supermasīvi melnie caurumi. Tomēr vēl nav bijis iespējams izslēgt vairākas alternatīvas konfigurācijas.
Pārrāvuma rakstā, kas parādījās pētījumu žurnālā Nature 2002. gada 17. oktobrī, šī komanda ziņo par aizraujošajiem rezultātiem, ieskaitot augstas izšķirtspējas attēlus, kas ļauj izsekot divām trešdaļām zvaigznes, kas apzīmēta ar “S2”, orbītas. Pašlaik tā ir vistuvāk novērotā zvaigzne kompaktajam radio avotam un masīvajam melno caurumu kandidātam “SgrA *” (“Strēlnieks A”) Piena ceļa pašā centrā. Orbītas periods ir nedaudz vairāk par 15 gadiem.
Jaunie mērījumi ar lielu pārliecību izslēdz, ka centrālā tumšā masa sastāv no neparastu zvaigžņu vai elementāru daļiņu kopas, un atstāj maz šaubu par supermasīva melnā cauruma klātbūtni galaktikas centrā, kurā mēs dzīvojam.
Kvazāri un melnie caurumi
Kopš kvazāru (kvazi-zvaigžņu radio avotu) atklāšanas 1963. gadā astrofiziķi ir meklējuši izskaidrojumu enerģijas ražošanai šajos Visuma spilgtākajos objektos. Kvazāri atrodas galaktiku centros, un tiek uzskatīts, ka šo objektu izstarotā milzīgā enerģija rodas tāpēc, ka matērija nokrīt uz supermasīva Melnā cauruma, intensīva starojuma laikā izdalot gravitācijas enerģiju, pirms šis materiāls uz visiem laikiem pazūd caurumā (fizikas terminoloģijā: “Pārsniedz notikumu horizontu” [4]).
Lai izskaidrotu kvazāru un citu aktīvo galaktiku apbrīnojamo enerģijas ražošanu, jāatstāj melno caurumu klātbūtne, kuru masa ir no viena miljona līdz vairākiem miljardiem reižu lielāka nekā Saules masa. Pēdējos gados ir uzkrāts daudz pierādījumu, lai atbalstītu iepriekšminēto “akretātā melnā cauruma” modeli kvazāriem un citām galaktikām, ieskaitot tumšās masas koncentrācijas noteikšanu to centrālajos reģionos.
Tomēr viennozīmīgam pierādījumam ir jāizslēdz visas iespējamās centrālās masas koncentrācijas citas konfigurācijas, kas nav melnie caurumi. Lai to izdarītu, noteikti jānosaka gravitācijas lauka forma ļoti tuvu centrālajam objektam - un tas nav iespējams tāliem kvazāriem pašlaik pieejamo teleskopu tehnoloģisko ierobežojumu dēļ.
Piena ceļa centrs
Mūsu Piena Ceļa galaktikas centrs atrodas Strēlnieka (Strēlnieks) dienvidu uzstādījumā un atrodas “tikai” 26 000 gaismas gadu attālumā [5]. Augstas izšķirtspējas attēlos ir iespējams saskatīt tūkstošiem atsevišķu zvaigžņu centrālajā viena gaismas gada platumā (tas atbilst apmēram vienai ceturtdaļai attāluma līdz “Proxima Centauri”, zvaigznei, kas ir vistuvāk Saules sistēmai) .
Izmantojot šo zvaigžņu kustības gravitācijas lauka noteikšanai, novērojumus ar 3,5 m Jauno tehnoloģiju teleskopu (NTT) ESO La Silla observatorijā (Čīle) (un pēc tam 10 m Keka teleskopā, Havaju salas, ASV) virs pēdējā desmitgadē ir parādīts, ka apmēram 3 miljonus reižu lielākas Saules masas ir koncentrētas tikai 10 gaismas dienu rādiusā no kompaktā radio un rentgena avota SgrA * (“Strēlnieks A”) centrā no zvaigžņu kopas.
Tas nozīmē, ka SgrA * ir domājams melnā cauruma līdzinieks, un tajā pašā laikā tas padara Galaktisko centru par labāko pierādījumu šādu supermasīvu melno caurumu esamībai. Tomēr šie iepriekšējie pētījumi nevarēja izslēgt vairākas citas konfigurācijas, kas nav saistītas ar melnajiem caurumiem.
“Pēc tam mums vajadzēja vēl asākus attēlus, lai izšķirtu jautājumu par to, vai ir iespējama kāda cita konfigurācija, izņemot melno caurumu, un mēs paļāvāmies uz ESO VLT teleskopu, lai tos nodrošinātu”, skaidro Reinhards Genzels, Maks Planka ārpuszemes fizikas institūta direktors ( MPE) Garchingā netālu no Minhenes (Vācija) un pašreizējās komandas loceklis. “Jaunais NAOS-CONICA (NACO) instruments, kas būvēts ciešā sadarbībā starp mūsu institūtu, Maksima Planka astronomijas institūtu (MPIA: Heidelberga, Vācija), ESO un Parīzes-Meudonas un Grenoblas observatorijām (Francija), kas mums bija nepieciešams, lai spertu šo izšķirošo soli uz priekšu ”.
NACO novērojumi Piena Ceļa centrā
Jaunais NACO instruments [3] tika uzstādīts 2001. gada beigās VLT 8,2 m YEPUN teleskopā. Jau sākotnējo testu laikā tas radīja daudz iespaidīgu attēlu, no kuriem daži tika apskatīti iepriekšējos ESO paziņojumos presei [6].
"Pirmie novērojumi šogad kopā ar NACO mums parādīja visu laiku asākos un" dziļākos "Piena ceļa centra attēlus, ļoti detalizēti parādot lielu skaitu šajā apgabalā esošo zvaigžņu", saka Andreas Eckart no Ķelnes universitātes, cits loceklis starptautiskajā komandā, kuru vada Rainers Šelfs, Tomass Ots un Reinhards Genzels no MPE. "Bet mēs joprojām bijām satriekti par brīnišķīgo šo datu iznākumu!"
Apvienojot savus infrasarkanos attēlus ar augstas izšķirtspējas radio datiem, komanda desmit gadu laikā spēja noteikt ļoti precīzas aptuveni tūkstoš zvaigžņu pozīcijas centrālajā zonā attiecībā pret kompakto radio avotu SgrA *, skatīt PR Photo 23c / 02.
“Kad 2002. gada maijā savā analīzē iekļāvām jaunākos NACO datus, mēs nespējām noticēt savām acīm. Zvaigzne S2, kas šobrīd ir vistuvāk SgrA *, tikko bija veikusi strauju pagriezienu pie radio avota. Mēs pēkšņi sapratām, ka mēs patiesībā esam liecinieki zvaigznes kustībai orbītā ap centrālo melno caurumu, neticami pietuvinoties tam noslēpumainajam objektam ”, saka ļoti laimīgais Tomass Otts, kurš tagad strādā MPE komandā pie sava promocijas darba .
Orbītā ap centrālo melno caurumu
Nekad tāds notikums kā šis vēl nav ierakstīts. Šie unikālie dati nepārprotami parāda, ka S2 pārvietojas pa elipses orbītu ar SgrA * vienā fokusā, t.i., S2 riņķo pa SgrA * tāpat kā Zeme riņķo ap Sauli, sk. PR Photo 23c / 02 labajā pusē.
Lieliskie dati ļauj arī precīzi noteikt orbītas parametrus (forma, izmērs utt.). Izrādās, ka S2 savu tuvāko attālumu līdz SgrA * sasniedza 2002. gada pavasarī, kurā brīdī tas bija tikai 17 gaismas stundas [5] attālumā no radio avota vai tikai 3 reizes pārsniedz Saules un Plutona attālumu. Pēc tam tas pārvietojās ar ātrumu vairāk nekā 5000 km / s jeb gandrīz divsimt reizes lielāks nekā Zemes ātrums tās orbītā ap Sauli. Orbītas periods ir 15,2 gadi. Orbīta ir diezgan iegarena - ekscentriskums ir 0,87 -, norādot, ka S2 atrodas apmēram 10 gaismas dienu attālumā no centrālās masas vistālākajā orbitālajā punktā [7].
“Mēs tagad varam ar pārliecību pierādīt, ka SgrA * patiešām ir centrālās tumšās masas atrašanās vieta, par kuru mēs zinājām. Vēl svarīgāk ir tas, ka mūsu jaunie dati ir “sarukuši” par vairākiem tūkstošiem reizes, apjomā, kurā ir ietverti šie vairāki miljoni saules masu ”, saka Rainers Šelfs, MPE doktorants un arī iegūtā darba pirmais autors.
Faktiski modeļa aprēķini tagad norāda, ka labākais melnā cauruma masas novērtējums Piena ceļa centrā ir 2,6? 0,2 miljoni reižu pārsniedz Saules masu.
Citu iespēju nav
Saskaņā ar detalizētu analīzi, kas sniegta rakstā Nature, citas iepriekš iespējamās konfigurācijas, piemēram, ļoti kompaktas neitronu zvaigžņu kopas, zvaigžņu lieluma melnie caurumi vai zema masas zvaigznes vai pat varbūtēju smago neitrīno lode, tagad var galīgi izslēgt.
Vienīgā joprojām dzīvotspējīgā ne-melnā cauruma konfigurācija ir hipotētiska smagu elementāru daļiņu zvaigzne, ko sauc par bozoniem, kas izskatās ļoti līdzīga melnajam caurumam. "Tomēr", saka Reinhards Genzels, "pat ja šāda bozona zvaigzne principā ir iespējama, tā jebkurā gadījumā ātri sabruks supermasīvā melnajā caurumā, tāpēc es domāju, ka mēs esam diezgan daudz saslēguši lietu!"
Nākamie novērojumi
“Lielākā daļa astrofiziķu piekrīt, ka jaunie dati sniedz pārliecinošus pierādījumus tam, ka Piena ceļa centrā pastāv supermasīvs melnais caurums. Tas vēl vairāk padara supermasīvas melnā cauruma interpretāciju milzīgai tumšās masas koncentrācijai, kas atklāta daudzu citu galaktiku centrā ”, saka Alvio Renziņi, ESO VLT programmu zinātnieks.
Tātad, kas vēl jādara? Nākamais lielais uzdevums tagad ir saprast, kad un kā šie supermasīvie melnie caurumi izveidojās un kāpēc gandrīz katrā masīvajā galaktikā, šķiet, ir viens. Centrālo melno caurumu veidošanās, kā arī viņu pašu uzņemošās galaktikas arvien vairāk šķiet tikai viena un tā pati problēma. Patiešām, viens no izcilākajiem VLT izaicinājumiem, kas jāatrisina tuvāko gadu laikā.
Nav šaubu arī par to, ka, veicot interferometriskus novērojumus ar instrumentiem VLT interferometrā (VLTI) un Lielajā binokļu teleskopā (LBT), tiks veikts vēl viens milzu lēciens šajā aizraujošajā pētījumu jomā.
Andreass Ekarts ir optimistisks: "Iespējams, ka tuvāko gadu laikā pat ar rentgena un radio novērojumiem būs iespējams tieši parādīt notikuma horizonta esamību."
Oriģinālais avots: ESO ziņu izlaidums
