Credit imagine: ESO
O echipă de astronomi au observat o stea altfel normală să facă o trecere strânsă cu gaura neagră supermasivă care se află în centrul Galaxiei Căii Lactee. La apropierea ei cea mai apropiată, steaua se afla la doar 17 ore lumină de gaura neagră (de trei ori distanța Soarelui față de Pluton). Imaginile regiunii au fost adunate peste 10 ani folosind sistemul de optică adaptivă din Observatorul Paranal al Observatorului European din Sud.
O echipă internațională de astronomi [2], condusă de cercetători de la Institutul Max-Planck pentru Fizică Extraterestră (MPE), a observat direct o stea altfel normală orbitând pe gaura neagră supermasivă din centrul galaxiei Calea Lactee.
Zece ani de măsurători dureroase au fost încununate de o serie de imagini unice obținute de instrumentul NAOS-CONICA (NACO) de Optică Adaptivă (AO) [3] de pe telescopul VLT YEPUN de 8,2 m la Observatorul Paranal ESO. Se pare că, la începutul acestui an, steaua s-a apropiat de Gaura Neagră centrală în 17 ore lumină - doar de trei ori distanța dintre Soare și planetă Pluto - în timp ce călătorea la nu mai puțin de 5000 km / sec.
Măsurătorile anterioare ale vitezei stelelor din apropierea centrului Căii Lactee și ale emisiilor de raze X variabile din această zonă au furnizat cele mai puternice dovezi despre existența unui Gură Neagră centrală în galaxia noastră de origine și, implicit, că masa întunecată. concentrațiile observate în multe nuclee ale altor galaxii sunt probabil și găuri negre supermasive. Cu toate acestea, nu a fost încă posibilă excluderea mai multor configurații alternative.
Într-o lucrare care a apărut în revista de cercetare Nature pe 17 octombrie 2002, echipa de față raportează rezultatele lor interesante, inclusiv imagini de înaltă rezoluție care permit urmărirea a două treimi din orbita unei stele desemnate „S2”. În prezent, este cea mai apropiată stea observabilă de sursa de radio compactă și de masivul candidat la gaura neagră „SgrA *” („Săgetătorul A”), chiar în centrul Căii Lactee. Perioada orbitală este puțin peste 15 ani.
Noile măsurători exclud cu mare încredere că masa întunecată centrală este formată dintr-un grup de stele neobișnuite sau particule elementare și lasă puține îndoieli despre prezența unei găuri negre supermasive în centrul galaxiei în care trăim.
Quasari și găuri negre
Încă de la descoperirea cvasarelor (surse radio aproape cvasi-stelare) din 1963, astrofizicienii au căutat o explicație a producției de energie în aceste obiecte cele mai luminoase din Univers. Quasarii se află în centrele galaxiilor și se crede că energia enormă emisă de aceste obiecte se datorează materiei care se încadrează pe un Gura Neagră supermasivă, eliberând energia gravitațională prin radiații intense înainte ca materialul să dispară pentru totdeauna în gaură (în terminologia fizicii: „Trece dincolo de orizontul evenimentului” [4]).
Pentru a explica producția de energie prodigioasă a cvasarelor și a altor galaxii active, trebuie să conjecturăm prezența găurilor negre cu mase de la un milion la câteva miliarde de ori mai mult decât masa Soarelui. Multe dovezi s-au acumulat în ultimii ani în sprijinul modelului de „gaură neagră” accentuată de mai sus pentru quasari și alte galaxii, inclusiv detectarea concentrațiilor de masă întunecată în regiunile lor centrale.
Cu toate acestea, o dovadă fără echivoc necesită excluderea tuturor celorlalte configurații posibile, care nu sunt negre ale concentrației de masă centrală. Pentru aceasta, este imperativ să se determine forma câmpului gravitațional foarte aproape de obiectul central - iar acest lucru nu este posibil pentru cvasarii îndepărtați, din cauza limitărilor tehnologice ale telescoapelor disponibile în prezent.
Centrul Calea Lactee
Centrul galaxiei noastre de la Calea Lactee este localizat în constelația sudică Săgetătorul (Archerul) și se află la o distanță de „doar” 26.000 de ani-lumină distanță [5]. Pe imaginile de înaltă rezoluție, este posibil să se discerne mii de stele individuale în regiunea centrală, de un an lumină (aceasta corespunde cu aproximativ un sfert din distanță până la „Proxima Centauri”, steaua cea mai apropiată de sistemul solar) .
Folosind mișcările acestor stele pentru sondarea câmpului gravitațional, observații cu telescopul New Technology 3,5 (m) de 3,5 m la Observatorul ESO La Silla (Chile) (și ulterior la telescopul Keck de 10 m, Hawaii, SUA) peste Ultimul deceniu a arătat că o masă de aproximativ 3 milioane de ori mai mare decât cea a Soarelui este concentrată pe o rază de numai 10 zile-lumină [5] din sursa de radiografie compactă și sursa de raze X SgrA * („Săgetătorul A”) din centru. a grupului de stele.
Aceasta înseamnă că SgrA * este cel mai probabil omolog al găurii negre putative și, în același timp, face din Centrul Galactic cea mai bună dovadă pentru existența unor astfel de găuri negre supermasive. Cu toate acestea, aceste investigații anterioare nu au putut exclude alte alte configurații de găuri negre.
„Atunci am avut nevoie de imagini și mai clare pentru a rezolva problema dacă este posibilă orice altă configurație decât o gaură neagră și am contat pe telescopul VLT ESO pentru a le furniza”, explică Reinhard Genzel, director la Institutul Max-Planck pentru fizică extraterestră ( MPE) din Garching, lângă Munchen (Germania) și membru al echipei prezente. „Noul instrument NAOS-CONICA (NACO), construit într-o strânsă colaborare între institutul nostru, Institutul Max-Planck pentru Astronomie (MPIA: Heidelberg, Germania), ESO și Observatoarele Paris-Meudon și Grenoble (Franța), a fost doar ceea ce aveam nevoie pentru a face acest pas decisiv înainte ”.
Observațiile NACO ale centrului Calea Lactee
Noul instrument NACO [3] a fost instalat la sfârșitul anului 2001 la telescopul VLT 8,2 m YEPUN. Deja în timpul testelor inițiale, a produs multe imagini impresionante, dintre care unele au făcut obiectul unor comunicate de presă anterioare din ESO [6].
„Primele observații din acest an cu NACO ne-au oferit imediat cele mai clare și mai profunde imagini ale Centrului Căii Lactee făcute vreodată, arătând cu mare detaliu un număr mare de stele din acea zonă”, spune Andreas Eckart, de la Universitatea din Köln, un alt membru al echipei internaționale care este condus de Rainer Sch? del, Thomas Ott și Reinhard Genzel de la MPE. „Dar am fost încă să fim copleșiți de rezultatul minunat al acestor date!”
Combinând imaginile lor în infraroșu cu date radio de înaltă rezoluție, echipa a putut să stabilească - pe o perioadă de zece ani - poziții foarte precise de aproximativ o mie de stele în zona centrală în ceea ce privește sursa radio compactă SgrA *, vezi PR fotografie 23c / 02.
„Când am inclus ultimele date NACO în analiza noastră din mai 2002, nu ne-am putut crede ochii. Steaua S2, care este cea mai apropiată în prezent de SgrA *, tocmai a efectuat o trecere rapidă în apropierea sursei radio. Ne-am dat seama brusc că am asistat de fapt la mișcarea unei stele în orbită în jurul găurii negre centrale, luând-o incredibil de aproape de acel obiect misterios ”, spune un foarte fericit Thomas Ott, care lucrează acum în echipa MPE la teza sa de doctorat. .
În orbită în jurul găurii negre centrale
Niciun eveniment ca acesta nu a fost înregistrat vreodată. Aceste date unice arată fără echivoc că S2 se deplasează de-a lungul unei orbite eliptice cu SgrA * la o singură focalizare, adică S2 orbitează SgrA * ca Pământul orbitează Soarele, cf. panoul din dreapta al fotografiei PR 23c / 02.
Datele superbe permit, de asemenea, o determinare precisă a parametrilor orbitali (formă, dimensiune etc.). Se dovedește că S2 a atins cea mai apropiată distanță de SgrA * în primăvara anului 2002, moment în care se afla la doar 17 ore lumină [5] distanță de sursa radio, sau doar de 3 ori distanța Sun-Pluton. Se deplasa apoi cu mai mult de 5000 km / s, sau de aproape două sute de ori mai mare decât viteza Pământului pe orbita sa în jurul Soarelui. Perioada orbitală este de 15,2 ani. Orbita este destul de alungită - excentricitatea este de 0,87 - ceea ce indică faptul că S2 este la aproximativ 10 zile lumină de masa centrală în cel mai îndepărtat punct orbital [7].
„Acum putem demonstra cu certitudine că SgrA * este într-adevăr locația masei centrale întunecate pe care știam că există. Și mai important, noile noastre date au „micșorat” un factor de câteva mii volumul în care sunt conținute acele câteva milioane de mase solare ”, spune Rainer Sch? Del, doctorand la MPE și, de asemenea, primul autor al lucrării rezultate.
De fapt, calculele modelului indică acum că cea mai bună estimare a masei găurii negre din centrul Căii Lactee este 2,6? 0,2 milioane de ori masa Soarelui.
Nu există alte posibilități
Conform analizei detaliate prezentate în articolul Nature, alte configurații anterioare posibile, cum ar fi grupuri foarte compacte de stele cu neutroni, găuri negre de dimensiuni stelare sau stele cu masă scăzută sau chiar o bilă de neutrini grei putative, pot fi acum excluse definitiv.
Singura configurație viabilă neagră încă viabilă este o stea ipotetică de particule elementare grele numite bosoni, care ar arăta foarte asemănător cu o gaură neagră. „Cu toate acestea”, spune Reinhard Genzel, „chiar dacă, în principiu, o astfel de stea boson este posibilă, oricum s-ar prăbuși rapid într-o gaură neagră super-masivă, așa că cred că am rezolvat destul de mult cazul!”
Observațiile următoare
„Majoritatea astrofizicienilor ar accepta că noile date furnizează dovezi convingătoare că există o gaură neagră supermasivă în centrul Căii Lactee. Acest lucru face și mai probabil interpretarea super-masivă a găurii negre pentru concentrația enormă de masă întunecată detectată în centrul multor alte galaxii ”, spune Alvio Renzini, om de știință al programului VLT la ESO.
Ce rămâne de făcut? Următoarea mare căutare este acum să înțelegem când și cum s-au format aceste găuri negre supermasive și de ce aproape fiecare galaxie masivă pare să conțină una. Formarea găurilor negre centrale și cea a galaxiilor gazdă în sine apar tot mai mult ca fiind doar o problemă și aceeași. Într-adevăr, una dintre provocările deosebite pe care VLT le va rezolva în următorii ani.
Nu există niciun dubiu că observațiile interferometrice cu instrumente de la VLT Interferometru (VLTI) și Marele Binocular Telescop (LBT) vor duce, de asemenea, la un alt salt gigant în acest interesant domeniu de cercetare.
Andreas Eckart este optimist: „Poate că va fi posibil și cu observații radiografice și radio în următorii ani să demonstreze în mod direct existența orizontului evenimentului.”
Sursa originală: Comunicat de știri ESO
