Obrazový kredit: ESO
Tým astronomů spatřil jinak normální hvězdu, která těsně prochází supermasivní černou dírou, která se skrývá ve středu naší Galaxie Mléčná dráha. Při nejbližším přiblížení byla hvězda jen 17 světelných hodin od černé díry (trojnásobná vzdálenost Slunce k Pluto). Obrazy regionu byly shromážděny v průběhu 10 let pomocí adaptivního optického systému na observatoře Evropské jižní observatoře Paranal.
Mezinárodní tým astronomů [2], vedený vědci Institutu Max-Planck pro mimozemskou fyziku (MPE), přímo pozoroval jinak normální hvězdu obíhající supermasivní černou díru ve středu galaxie Mléčná dráha.
Deset let pečlivých měření bylo korunováno řadou jedinečných obrazů získaných přístrojem NAOS-CONICA (NACO) Adaptive Optics (AO) [3] na dalekohledu 8,2 m VLT YEPUN na observatoře ESO Paranal. Ukázalo se, že začátkem tohoto roku se hvězda přiblížila k centrální černé díře do 17 světelných hodin - pouze trojnásobně daleko mezi Sluncem a planetou Pluto - a přitom cestovala rychlostí nejméně 5000 km / s.
Předchozí měření rychlostí hvězd v blízkosti středu Mléčné dráhy a proměnné rentgenové emise z této oblasti poskytly dosud nejsilnější důkaz o existenci centrální černé díry v naší domovské galaxii a implicitně o tom, že temná hmota koncentrace pozorované v mnoha jádrech jiných galaxií jsou pravděpodobně také supermasivní černé díry. Dosud však nebylo možné vyloučit několik alternativních konfigurací.
V průlomovém článku, který se objevil ve vědeckém časopise Nature dne 17. října 2002, předkládá tento tým své vzrušující výsledky, včetně obrázků s vysokým rozlišením, které umožňují sledovat dvě třetiny oběžné dráhy hvězdy označené „S2“. V současnosti je nejblíže pozorovatelnou hvězdou ke kompaktnímu zdroji rádia a masivnímu kandidátovi na černou díru „SgrA *“ („Střelec A“) v samém středu Mléčné dráhy. Oběžná doba je něco přes 15 let.
Nová měření s velkou jistotou vylučují, že centrální tmavá hmota se skládá ze shluku neobvyklých hvězd nebo elementárních částic, a nenechávají pochybnosti o přítomnosti superhmotné černé díry ve středu galaxie, ve které žijeme.
Kvazary a černé díry
Již od objevu kvazárů (kvazi-hvězdných rádiových zdrojů) v roce 1963 hledali astrofyzici vysvětlení výroby energie v těchto nejsvětlejších objektech ve vesmíru. Kvasary sídlí ve středu galaxií a věří se, že enormní energie emitovaná těmito objekty je způsobena padáním hmoty na superhmotnou černou díru a uvolněním gravitační energie intenzivním zářením, než tento materiál navždy zmizí do díry (v terminologii fyziky: „Prochází za horizont událostí“ [4]).
Abychom vysvětlili úžasnou energetickou produkci kvazarů a dalších aktivních galaxií, musíme odhadnout přítomnost černých děr s hmotností jednoho milionu až několik miliardkrát větší než hmotnost Slunce. Během posledních let se hromadí mnoho důkazů na podporu výše uvedeného modelu „narůstající černé díry“ pro kvazary a jiné galaxie, včetně detekce koncentrací tmavé hmoty v jejich centrálních oblastech.
Jednoznačný důkaz však vyžaduje vyloučení všech možných jiných, jiných než černých otvorových konfigurací koncentrace centrální hmoty. Z tohoto důvodu je nezbytné určit tvar gravitačního pole velmi blízko centrálního objektu - a to není možné pro vzdálené kvasary kvůli technologickým omezením aktuálně dostupných dalekohledů.
Střed Mléčné dráhy
Střed naší galaxie Mléčná dráha se nachází v jižní souhvězdí Střelce (Archer) a je „jen“ 26 000 světelných let daleko [5]. Na obrázcích s vysokým rozlišením je možné rozeznat tisíce jednotlivých hvězd v centrální, jedné světelné oblasti (to odpovídá přibližně jedné čtvrtině vzdálenosti „Proxima Centauri“, hvězdy nejblíže sluneční soustavě) .
Pomocí pohybů těchto hvězd k měření gravitačního pole, pozorování pomocí 3,5-metrového nového technologického dalekohledu (NTT) na observatoře ESO La Silla (Chile) (a následně na dalekohledu 10 m Keck, Havaj, USA) nad v posledním desetiletí se ukázalo, že přibližně 3 miliónkrát větší množství Slunce je soustředěno v okruhu pouhých 10 světelných dnů [5] kompaktního rádiového a rentgenového zdroje SgrA * („Střelec A“) ve středu hvězdokupy.
To znamená, že SgrA * je nejpravděpodobnějším protějškem domnělé černé díry a současně z toho činí Galaktické centrum nejlepším důkazem existence takových supermasivních černých děr. Tato dřívější šetření však nemohla vyloučit několik dalších konfigurací jiných než černých děr.
"Potom jsme potřebovali ještě ostřejší obrázky, abychom vyřešili otázku, zda je možná jiná konfigurace než černá díra, a počítali jsme s dalekohledem ESO VLT," dodal Reinhard Genzel, ředitel Institutu Max-Planck pro mimozemskou fyziku ( MPE) v Garchingu poblíž Mnichova (Německo) a člen současného týmu. „Nový nástroj NAOS-CONICA (NACO), postavený v úzké spolupráci mezi naším institutem, Max-Planck Institute for Astronomy (MPIA: Heidelberg, Německo), ESO a Paříž-Meudon a Grenoble Observatories (Francie), byl právě co jsme potřebovali, abychom učinili tento rozhodný krok kupředu “.
Pozorování střediska Mléčná dráha NACO
Nový přístroj NACO [3] byl nainstalován na konci roku 2001 v dalekohledu YEPUN VLT 8,2 m. Již během počátečních testů vytvořila mnoho působivých obrázků, z nichž některé byly předmětem předchozích tiskových zpráv ESO [6].
„První pozorování letošního roku s NACO nám okamžitě poskytla nejostřejší a„ nejhlubší “snímky Centra Mléčné dráhy, které zobrazovaly velké množství hvězd v této oblasti velmi podrobně,“ říká Andreas Eckart z kolínské univerzity, další člen mezinárodního týmu, v jehož čele stojí Rainer Sch? del, Thomas Ott a Reinhard Genzel z MPE. "Ale my jsme měli být ohromeni úžasným výsledkem těchto dat!"
Tím, že kombinoval své infračervené snímky s vysokými rozlišovacími rádiovými daty, byl tým schopen určit - během desetiletého období - velmi přesné polohy asi tisíc hvězd v centrální oblasti s ohledem na kompaktní zdroj rádia SgrA *, viz PR Photo 23c / 02.
„Když jsme v květnu 2002 zahrnuli nejnovější údaje NACO do naší analýzy, nemohli jsme uvěřit svým očím. Hvězda S2, která je v současné době nejblíže SgrA *, právě provedla rychlý výkyv poblíž rádiového zdroje. Najednou jsme si uvědomili, že jsme vlastně byli svědky pohybu hvězdy na oběžné dráze kolem centrální černé díry, přičemž jsme ji neuvěřitelně přiblížili tomuto tajemnému objektu, “říká velmi šťastný Thomas Ott, který nyní pracuje v týmu MPE na své doktorské práci. .
Na oběžné dráze kolem centrální černé díry
Žádná událost, jako je tato, nebyla nikdy zaznamenána. Tato jedinečná data jednoznačně ukazují, že S2 se pohybuje po eliptické oběžné dráze se SgrA * v jednom ohnisku, tj. S2 obíhá SgrA * jako Země obíhá kolem Slunce, srov. pravý panel PR Photo 23c / 02.
Vynikající data také umožňují přesné určení orbitálních parametrů (tvar, velikost atd.). Ukazuje se, že S2 dosáhl nejbližší vzdálenosti k SgrA * na jaře 2002, kdy byl od zdroje rádia jen 17 světelných hodin [5], nebo jen třikrát více než vzdálenost Sun-Pluto. Poté se pohyboval rychlostí více než 5 000 km / s, což je téměř dvojnásobek rychlosti Země na oběžné dráze kolem Slunce. Oběžná doba je 15,2 let. Oběžná dráha je poměrně protáhlá - excentricita je 0,87 - což naznačuje, že S2 je asi 10 světelných dnů od centrální hmoty v nejvzdálenějším orbitálním bodě [7].
"Nyní jsme schopni s jistotou prokázat, že SgrA * je skutečně místem centrální temné hmoty, o které jsme věděli, že existuje." Ještě důležitější je, že naše nová data se „zmenšila“ o faktor několik tisíc objemu, v němž je těchto několik miliónů solárních hmot obsaženo, “říká Rainer Sch? Del, doktorand na MPE a také první autor výsledné práce.
Ve skutečnosti modelové výpočty nyní ukazují, že nejlepší odhad hmotnosti černé díry ve středu Mléčné dráhy je 2,6? 0,2 milionu krát větší než Slunce.
Žádné další možnosti
Podle podrobné analýzy uvedené v článku Nature lze nyní s konečnou platností vyloučit další dříve možné konfigurace, jako jsou velmi kompaktní shluky neutronových hvězd, černé hvězdy s hvězdami o velikosti nebo hvězdy s nízkou hmotností nebo dokonce koule domnělých těžkých neutrin.
Jedinou stále životaschopnou konfigurací jiné než černé díry je hypotetická hvězda těžkých elementárních částic zvaných bosony, která by vypadala velmi podobně jako černá díra. "Nicméně," říká Reinhard Genzel, "i když taková bosonová hvězda je v zásadě možná, přesto by se přesto rychle zhroutila do superhmotné černé díry, takže si myslím, že jsme tento případ do značné míry klinikovali!"
Další pozorování
"Většina astrofyziků by souhlasila s tím, že nová data poskytují přesvědčivý důkaz, že ve středu Mléčné dráhy existuje obrovská černá díra." To ještě zvyšuje pravděpodobnost superhmotné interpretace černé díry pro obrovskou koncentraci temné hmoty detekované ve středu mnoha jiných galaxií, “říká Alvio Renzini, VLT programový vědec společnosti ESO.
Co tedy zbývá udělat? Dalším velkým úkolem je pochopit, kdy a jak se tyto superhmotné černé díry vytvořily a proč téměř každá masivní galaxie obsahuje jednu. Vytváření centrálních černých děr a vytváření jejich hostitelských galaxií se stále více jeví jako jediný a stejný problém. Opravdu, jedna z výjimečných výzev, které musí VLT vyřešit v příštích několika letech.
Není pochyb o tom, že přicházející interferometrická pozorování pomocí přístrojů na VLT Interferometru (VLTI) a Velkém binokulárním dalekohledu (LBT) také povede k dalšímu obrovskému skoku v tomto vzrušujícím poli výzkumu.
Andreas Eckart je optimistický: „Možná bude dokonce možné pomocí rentgenových a rádiových pozorování v příštích několika letech přímo demonstrovat existenci horizontu událostí.“
Původní zdroj: ESO News Release
