Στο κέντρο του γαλαξία μας βρίσκεται μια περιοχή όπου περίπου 10 εκατομμύρια αστέρια είναι συσκευασμένα σε μόλις 1 parsec (3,25 έτη φωτός) χώρου. Στο κέντρο αυτού βρίσκεται η υπερμεγέθη μαύρη τρύπα (SMBH) γνωστή ως Τοξότης Α *, η οποία έχει μια μάζα άνω των 4 εκατομμυρίων Ήλιων. Για δεκαετίες, οι αστρονόμοι προσπαθούν να ρίξουν μια καλύτερη ματιά σε αυτήν την περιοχή με την ελπίδα να κατανοήσουν τις απίστευτες δυνάμεις στην εργασία και πώς έχουν επηρεάσει την εξέλιξη του γαλαξία μας.
Αυτό που βρήκαν περιλαμβάνει μια σειρά από αστέρια που περιστρέφονται πολύ κοντά στον Τοξότη A * (όπως το S1 και το S2), τα οποία έχουν χρησιμοποιηθεί για τη δοκιμή της Θεωρίας της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν. Και πρόσφατα, μια ομάδα από το Galactic Center Orbits Initiative της UCLA εντόπισε μια σειρά συμπαγών αντικειμένων που επίσης περιστρέφονται γύρω από το SMBH. Αυτά τα αντικείμενα μοιάζουν με σύννεφα αερίου, αλλά συμπεριφέρονται σαν αστέρια, ανάλογα με το πόσο κοντά βρίσκονται στις τροχιές τους με τον Τοξότη Α *.
Η μελέτη που περιγράφει τα ευρήματά τους, η οποία δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Φύση, με επικεφαλής την Dr. Anna Ciurlo του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια στο Λος Άντζελες (UCLA). Όπως δείχνουν στη μελέτη τους, αυτά τα αντικείμενα περιστρέφονται γύρω από το SMBH του γαλαξία μας με περίοδο από 100 έως 1.000 χρόνια. Αυτά τα αντικείμενα φαίνονται συμπαγή τις περισσότερες φορές, αλλά απλώνονται όταν βρίσκονται στο πλησιέστερο σημείο στις τροχιές τους στη μαύρη τρύπα.
Το έργο τους βασίζεται σε περίπου δεκαπέντε χρόνια παρατηρήσεων που έχουν εντοπίσει όλο και περισσότερα από αυτά τα αντικείμενα κοντά στο κέντρο του γαλαξία μας. Το πρώτο αντικείμενο (αργότερα ονομάστηκε G1) ανακαλύφθηκε το 2005 από μια ομάδα με επικεφαλής τον Andrea Ghez, τον Lauren B. Leichtman και τον Arthur E. Levine Καθηγητή Αστροφυσικής, διευθυντή του UCLA Galactic Center Group και συν-συγγραφέας αυτής της μελέτης.
Αυτό ακολούθησε το 2012 όταν η καθηγήτρια Ghez και οι συνεργάτες της βρήκαν ένα δεύτερο αντικείμενο (G2) που έκανε μια στενή προσέγγιση στον Τοξότη A * το 2014. Αρχικά, οι G1 και G2 θεωρήθηκαν σύννεφα αερίου έως ότου έκαναν την πλησιέστερη προσέγγισή τους στο Τοξότης A * s και δεν τεμαχίστηκε από τη βαρυτική έλξη των SMBHs (κάτι που συμβαίνει κανονικά στα σύννεφα αερίων όταν πλησιάζει μια μαύρη τρύπα). Όπως εξήγησε ο Ghez:
«Τη στιγμή της πλησιέστερης προσέγγισης, το G2 είχε μια πραγματικά περίεργη υπογραφή. Το είχαμε δει στο παρελθόν, αλλά δεν φαινόταν πολύ περίεργο έως ότου πλησίασε τη μαύρη τρύπα και επιμήκη, και μεγάλο μέρος του αερίου του διαλύθηκε. Πήγε από ένα πολύ αθώο αντικείμενο όταν ήταν μακριά από τη μαύρη τρύπα σε ένα που ήταν πραγματικά απλωμένο και παραμορφωμένο στην πλησιέστερη προσέγγισή του και έχασε το εξωτερικό του κέλυφος, και τώρα γίνεται πιο συμπαγές ξανά. "
Το 2018, ο Δρ Cuirlo και μια διεθνής ομάδα αστρονόμων (συμπεριλαμβανομένου του καθηγητή Ghez) χρησιμοποίησαν δώδεκα χρόνια δεδομένων που συλλέχθηκαν από τον W.M. Παρατηρητήριο Keck και προσαρμοστική τεχνολογία οπτικών (την οποία ο καθηγητής Ghez βοήθησε να πρωτοπορήσει) να εντοπίσει τρία ακόμη από αυτά τα αντικείμενα (G3, G4 και G5) κοντά στο κέντρο του γαλαξία. Από τότε, έχουν εντοπιστεί συνολικά έξι αντικείμενα σε αυτήν την περιοχή (G1 - G6).
Σε αυτήν την πιο πρόσφατη μελέτη, η ομάδα με επικεφαλής τον Δρ Cuirlo χρησιμοποίησε 13 χρόνια σχεδόν υπέρυθρων δεδομένων που ελήφθησαν από τον W.M. Ολοκληρωμένο φασματόμετρο πεδίου OSIRIS του Keck για να εξετάσει τις τροχιές αυτών των έξι αντικειμένων. Οι αστρονόμοι είναι συναρπαστικοί για τη μελέτη αυτών των αντικειμένων, επειδή παρέχουν στους αστρονόμους την ευκαιρία να δοκιμάσουν τη Γενική Σχετικότητα - κάτι που έκανε ο καθηγητής Ghez και οι συνεργάτες της το καλοκαίρι του 2019.
Και όπως εξήγησε ο Mark Morris - καθηγητής φυσικής και αστρονομίας της UCLA και συν-συγγραφέας της μελέτης, η τύχη αυτών των αντικειμένων είναι κάτι που οι αστρονόμοι θέλουν να μάθουν επειδή περίμενε να είναι αρκετά θεαματικό.
«Ένα από τα πράγματα που έχουν ενθουσιάσει όλους για τα αντικείμενα G είναι ότι τα πράγματα που τα βγάζουν από τις παλιρροιακές δυνάμεις καθώς σαρώνουν από την κεντρική μαύρη τρύπα πρέπει αναπόφευκτα να πέσουν στη μαύρη τρύπα», είπε. "Όταν συμβεί αυτό, μπορεί να είναι σε θέση να παράγει μια εντυπωσιακή επίδειξη πυροτεχνημάτων, καθώς το υλικό που καταναλώνεται από τη μαύρη τρύπα θα θερμανθεί και θα εκπέμψει άφθονη ακτινοβολία πριν εξαφανιστεί στον ορίζοντα του γεγονότος."
Κατά τη διάρκεια της παρατήρησης της κεντρικής περιοχής του Γαλαξία, η ερευνητική ομάδα έχει αναφέρει την ύπαρξη έξι αντικειμένων μέχρι στιγμής. Ωστόσο, παρατήρησαν επίσης ότι ενώ τα G1 και G2 έχουν πολύ παρόμοιες τροχιές, τα άλλα τέσσερα αντικείμενα διαφέρουν σημαντικά. Αυτό φυσικά δημιουργεί το ερώτημα αν και τα έξι είναι μια παρόμοια κατηγορία αντικειμένων ή τα G1 και G2 είναι ακραία.
Αντιμετωπίζοντας αυτό, η Ghez και οι συνάδελφοί της πιστεύουν ότι και τα έξι αντικείμενα ήταν δυαδικά αστέρια που συγχωνεύτηκαν λόγω της ισχυρής βαρυτικής δύναμης των SMBH. Αυτή η διαδικασία θα απαιτούσε περισσότερα από 1 εκατομμύριο χρόνια για να ολοκληρωθεί και θα μπορούσε να αποτελεί ένδειξη ότι οι συγχωνεύσεις δυαδικών αστεριών είναι στην πραγματικότητα αρκετά συχνές. Όπως εξήγησε ο Ghez:
«Οι μαύρες τρύπες μπορεί να οδηγούν τα δυαδικά αστέρια να συγχωνευτούν. Είναι πιθανό πολλά από τα αστέρια που παρακολουθούμε και δεν καταλαβαίνουμε να είναι το τελικό προϊόν των συγχωνεύσεων που είναι ήρεμες τώρα. Μαθαίνουμε πώς εξελίσσονται οι γαλαξίες και οι μαύρες τρύπες. Ο τρόπος με τον οποίο τα δυαδικά αστέρια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και με τη μαύρη τρύπα είναι πολύ διαφορετικός από τον τρόπο με τον οποίο τα μεμονωμένα αστέρια αλληλεπιδρούν με άλλα μεμονωμένα αστέρια και με τη μαύρη τρύπα. "
Μια άλλη ενδιαφέρουσα παρατήρηση, την οποία ανέφερε η ομάδα του Ghez τον Σεπτέμβριο του 2019, είναι το γεγονός ότι ο Τοξότης Α * έχει αυξηθεί φωτεινότερα τα τελευταία 24 χρόνια - μια ένδειξη ότι καταναλώνει περισσότερη ύλη. Ομοίως, το τέντωμα του G2 που παρατηρήθηκε το 2014 φάνηκε να απομακρύνει το αέριο από αυτό που μπορεί να καταναλώθηκε πρόσφατα από τη μαύρη τρύπα.
Αυτό θα μπορούσε να είναι μια ένδειξη ότι οι αστρικές συγχωνεύσεις που γίνονται στην περιοχή της τροφοδοτούν τον Τοξότη Α *. Οι πιο πρόσφατες παρατηρήσεις έδειξαν επίσης ότι ενώ το αέριο από το εξωτερικό κέλυφος του G2 τεντώθηκε δραματικά, η σκόνη που περιέχεται στο εσωτερικό δεν τεντώθηκε πολύ. Αυτό σημαίνει ότι κάτι διατηρούσε τη σκόνη συμπαγή, κάτι που είναι συναρπαστικό στοιχείο ότι το αστέρι θα μπορούσε να βρίσκεται μέσα στο G2.
Όπως είπε ο Ciurlo, αυτή η ανακάλυψη έγινε δυνατή χάρη στις παρατηρήσεις δεκαετιών από την Ομάδα Γαλαξιακών Κέντρων UCLA.
“Το μοναδικό σύνολο δεδομένων που έχει συγκεντρώσει η ομάδα του καθηγητή Ghez για περισσότερα από 20 χρόνια είναι αυτό που μας επέτρεψε να κάνουμε αυτήν την ανακάλυψη. Έχουμε τώρα έναν πληθυσμό αντικειμένων "G", οπότε δεν είναι θέμα να εξηγήσουμε ένα "μοναδικό συμβάν" όπως το G2. "
Εν τω μεταξύ, η ομάδα έχει ήδη εντοπίσει μερικούς άλλους υποψηφίους που θα μπορούσαν να ανήκουν σε αυτή τη νέα κατηγορία αντικειμένων και συνεχίζουν να τα αναλύουν. Τελικά, αυτή η έρευνα θα βοηθήσει τους αστρονόμους να κατανοήσουν τι συμβαίνει στην πλειονότητα των γαλαξιών και πώς οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των αστεριών και των SMBH στους πυρήνες τους βοηθούν στην ώθηση της εξέλιξής τους.
«Η Γη βρίσκεται στα προάστια σε σύγκριση με το κέντρο του γαλαξία, ο οποίος απέχει περίπου 26.000 έτη φωτός», δήλωσε ο Γκεζ. «Το κέντρο του γαλαξία μας έχει πυκνότητα αστεριών 1 δισεκατομμύριο φορές υψηλότερη από το μέρος του γαλαξία μας. Η βαρυτική έλξη είναι πολύ ισχυρότερη. Τα μαγνητικά πεδία είναι πιο ακραία. Το κέντρο του γαλαξία είναι εκεί όπου εμφανίζεται η ακραία αστροφυσική - το X-sports της αστροφυσικής. "
