Πιστωτική εικόνα: NRAO
Τριάντα χρόνια αφότου οι αστρονόμοι ανακάλυψαν το μυστηριώδες αντικείμενο στο ακριβώς κέντρο του Γαλαξία μας, μια διεθνής ομάδα επιστημόνων κατάφερε τελικά να μετρήσει άμεσα το μέγεθος αυτού του αντικειμένου, το οποίο περιβάλλει μια μαύρη τρύπα σχεδόν τέσσερα εκατομμύρια φορές πιο ογκώδη από τον Ήλιο. Αυτή είναι η πιο κοντινή τηλεσκοπική προσέγγιση σε μια μαύρη τρύπα μέχρι στιγμής και θέτει ένα σημαντικό όριο της αστροφυσικής σε προσιτές μελλοντικές παρατηρήσεις. Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν το ραδιο τηλεσκόπιο Long Long Baseline Array του Εθνικού Επιστημονικού Ιδρύματος (VLBA) για να κάνουν την ανακάλυψη.
«Αυτό είναι ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός», δήλωσε ο Geoffrey Bower, του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια-Μπέρκλεϋ. «Αυτό είναι κάτι που οι άνθρωποι ήθελαν να κάνουν για 30 χρόνια», αφού το αντικείμενο του Γαλαξιακού κέντρου, που ονομάζεται Τοξότης Α * (προφέρεται «Α-αστέρι»), ανακαλύφθηκε το 1974. Οι αστρονόμοι ανέφεραν την έρευνά τους στην έκδοση της 1ης Απριλίου Science Express.
«Τώρα έχουμε ένα μέγεθος για το αντικείμενο, αλλά το μυστήριο σχετικά με την ακριβή φύση του παραμένει», πρόσθεσε ο Bower. Το επόμενο βήμα, εξήγησε, είναι να μάθουμε το σχήμα του, "ώστε να μπορούμε να πούμε αν είναι πίδακες, λεπτός δίσκος ή σφαιρικό σύννεφο."
Το κέντρο του Γαλαξία, 26.000 έτη φωτός από τη Γη, κρύβεται από τη σκόνη, οπότε τα τηλεσκόπια ορατού φωτός δεν μπορούν να μελετήσουν το αντικείμενο. Ενώ τα ραδιοκύματα από την κεντρική περιοχή του Γαλαξία μπορούν να διεισδύσουν στη σκόνη, διασκορπίζονται από ταραχώδη φορτισμένη πλάσμα στο διάστημα κατά μήκος της οπτικής γης προς τη Γη. Αυτή η σκέδαση είχε απογοητεύσει τις προηγούμενες προσπάθειες μέτρησης του μεγέθους του κεντρικού αντικειμένου, ακριβώς όπως η ομίχλη θολώνει το έντονο φως των μακρινών φάρων.
«Μετά από 30 χρόνια, τα ραδιοτηλεσκόπια τελικά άφησαν την ομίχλη και μπορούμε να δούμε τι συμβαίνει», δήλωσε ο Heino Falcke, του Παρατηρητηρίου Ραδιοτηλεόρασης Westerbork στην Ολλανδία, άλλο μέλος της ερευνητικής ομάδας.
Το φωτεινό αντικείμενο που εκπέμπει ραδιόφωνο ταιριάζει ταιριάζει ακριβώς μέσα στο μονοπάτι της τροχιάς της Γης γύρω από τον Ήλιο, ανέφεραν οι αστρονόμοι. Η ίδια η μαύρη τρύπα, όπως υπολογίζουν, είναι περίπου 14 εκατομμύρια μίλια απέναντι και θα ταιριάζει εύκολα μέσα στην τροχιά του Ερμή. Οι μαύρες τρύπες είναι συγκεντρώσεις ύλης τόσο πυκνές που ούτε καν φως μπορεί να ξεφύγει από την ισχυρή βαρύτητά τους.
Οι νέες παρατηρήσεις VLBA παρείχαν στους αστρονόμους την καλύτερη εμφάνισή τους σε ένα σύστημα μαύρων οπών. «Είμαστε πολύ πιο κοντά στο να βλέπουμε τις επιπτώσεις μιας μαύρης τρύπας στο περιβάλλον της εδώ από οπουδήποτε αλλού», δήλωσε ο Bower.
Η κεντρική μαύρη τρύπα του Γαλαξία, όπως τα πιο μαζικά ξαδέλφια της σε πιο ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες, πιστεύεται ότι αντλεί υλικό από τα περίχωρά της και στη διαδικασία τροφοδοτεί την εκπομπή των ραδιοκυμάτων. Ενώ οι νέες παρατηρήσεις του VLBA δεν έχουν δώσει μια τελική απάντηση σχετικά με τη φύση αυτής της διαδικασίας, έχουν βοηθήσει να αποκλείσουν ορισμένες θεωρίες, δήλωσε ο Bower. Με βάση την τελευταία εργασία, εξήγησε, οι κορυφαίες θεωρίες για τη φύση του αντικειμένου που εκπέμπει ραδιόφωνο είναι πίδακες υποατομικών σωματιδίων, παρόμοιες με αυτές που παρατηρούνται στους ραδιο γαλαξίες. και μερικές θεωρίες που αφορούν την ύλη επιταχύνεται κοντά στην άκρη της μαύρης τρύπας.
Καθώς οι αστρονόμοι μελέτησαν τον Τοξότη A * σε υψηλότερες και υψηλότερες ραδιοσυχνότητες, το φαινόμενο μέγεθος του αντικειμένου έγινε μικρότερο. Αυτό το γεγονός, επίσης, είπε ο Bower, βοήθησε στον αποκλεισμό ορισμένων ιδεών για τη φύση του αντικειμένου. Η μείωση του παρατηρούμενου μεγέθους με αυξανόμενη συχνότητα, ή μικρότερο μήκος κύματος, δίνει επίσης στους αστρονόμους έναν δελεαστικό στόχο.
«Πιστεύουμε ότι μπορούμε τελικά να παρατηρήσουμε σε αρκετά σύντομα μήκη κύματος ότι θα δούμε μια διακοπή όταν φτάσουμε στο ίδιο το μέγεθος της μαύρης τρύπας», δήλωσε ο Bower. Επιπλέον, είπε, «σε μελλοντικές παρατηρήσεις, ελπίζουμε να δούμε μια« σκιά »να ρίχνεται από ένα βαρυτικό φακό της πολύ ισχυρής βαρύτητας της μαύρης τρύπας».
Το 2000, ο Falcke και οι συνάδελφοί του πρότειναν μια τέτοια παρατήρηση για θεωρητικούς λόγους, και τώρα φαίνεται εφικτή. "Η απεικόνιση της σκιάς του ορίζοντα εκδήλωσης της μαύρης τρύπας είναι πλέον εφικτή, αν εργαζόμαστε αρκετά σκληρά τα επόμενα χρόνια", πρόσθεσε ο Falcke.
Ένα άλλο συμπέρασμα που κατέληξαν οι επιστήμονες είναι ότι «η συνολική μάζα της μαύρης τρύπας είναι πολύ συγκεντρωμένη», σύμφωνα με τον Bower. Οι νέες παρατηρήσεις του VLBA παρέχουν, είπε, «τον ακριβέστερο εντοπισμό της μάζας μιας υπερμεγέθης μαύρης τρύπας ποτέ». Η ακρίβεια αυτών των παρατηρήσεων επιτρέπει στους επιστήμονες να πουν ότι μια μάζα τουλάχιστον 40.000 Ήλιων πρέπει να κατοικεί σε ένα χώρο που αντιστοιχεί στο μέγεθος της τροχιάς της Γης. Ωστόσο, αυτός ο αριθμός αντιπροσωπεύει μόνο ένα χαμηλότερο όριο στη μάζα. Πιθανότατα, οι επιστήμονες πιστεύουν, όλη η μάζα της μαύρης τρύπας - ίση με τέσσερα εκατομμύρια ήλιους - συγκεντρώνεται καλά μέσα στην περιοχή που κατακλύζεται από το αντικείμενο εκπομπής ραδιοφώνου.
Για να κάνουν τη μέτρησή τους, οι αστρονόμοι έπρεπε να καταβάλουν προσπάθειες για να παρακάμψουν το αποτέλεσμα σκέδασης της «ομίχλης» του πλάσματος μεταξύ του Τοξότη Α * και της Γης. «Έπρεπε να πιέσουμε την τεχνική μας πολύ σκληρά», είπε ο Bower.
Ο Μπόουερ παρομοίασε το έργο με το «προσπαθώντας να δει το κίτρινο καουτσούκ παπάκι μέσα από το παγωμένο ποτήρι του ντους.» Κάνοντας πολλές παρατηρήσεις, διατηρώντας μόνο τα υψηλής ποιότητας δεδομένα, και αφαιρώντας μαθηματικά το αποτέλεσμα σκέδασης του πλάσματος, οι επιστήμονες κατάφεραν να κάνουν την πρώτη μέτρηση του μεγέθους του Τοξότη Α *.
Εκτός από τους Bower και Falcke, η ερευνητική ομάδα περιλαμβάνει τον Robin Herrnstein του Πανεπιστημίου της Κολούμπια, τον Jun-Hui Zhao του Κέντρου Αστροφυσικής Harvard-Smithsonian, τον Miller Goss του Εθνικού Παρατηρητηρίου Αστρονομίας Ραδιοφώνου και τον Donald Backer του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια-Μπέρκλεϋ. Ο Falcke είναι επίσης αναπληρωτής καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Nijmegen και επισκέπτης επιστήμονας στο Ινστιτούτο Ραδιοαστρονομίας Max-Planck στη Βόννη της Γερμανίας.
Ο Τοξότης Α * ανακαλύφθηκε τον Φεβρουάριο του 1974 από τον Μπρους Μπαλίκ, τώρα στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον, και τον Ρόμπερτ Μπράουν, τώρα διευθυντή της Εθνικής Αστρονομίας και Ιονόσφαιρου στο Πανεπιστήμιο του Κορνέλ. Έχει αποδειχθεί οριστικά ότι είναι το κέντρο του Γαλαξία, γύρω από το οποίο περιστρέφεται ο υπόλοιπος Γαλαξίας. Το 1999, ο Mark Reid από το Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν παρατηρήσεις VLBA του Τοξότη Α * για να ανιχνεύσουν την κίνηση της Γης σε τροχιά γύρω από το κέντρο του Γαλαξία και αποφάσισαν ότι το Ηλιακό μας Σύστημα διαρκεί 226 εκατομμύρια χρόνια για να κάνει ένα κύκλωμα γύρω από το Γαλαξίας.
Τον Μάρτιο του 2004, 55 αστρονόμοι συγκεντρώθηκαν στην εγκατάσταση του Εθνικού Παρατηρητηρίου Αστρονομίας Ραδιοφώνου στην Green Bank της Δυτικής Βιρτζίνια, για ένα επιστημονικό συνέδριο που γιορτάζει την ανακάλυψη του Τοξότη Α * στην Green Bank πριν από 30 χρόνια. Σε αυτό το συνέδριο, οι επιστήμονες αποκάλυψαν μια αναμνηστική πλάκα σε ένα από τα τηλεσκόπια ανακάλυψης.
Το Very Long Baseline Array, μέρος του Εθνικού Παρατηρητηρίου Αστρονομίας Ραδιοφώνου, είναι ένα σύστημα ραδιοτηλεσκοπίου σε ολόκληρη την ήπειρο, με κεραίες πιάτων 10, 240 τόνων που κυμαίνονται από τη Χαβάη έως την Καραϊβική. Παρέχει τη μεγαλύτερη δύναμη επίλυσης, ή την ικανότητα να βλέπει λεπτές λεπτομέρειες, οποιουδήποτε τηλεσκοπίου στην αστρονομία, στη Γη ή στο διάστημα.
Το Εθνικό Παρατηρητήριο Ραδιοαστρονομίας είναι μια εγκατάσταση του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών, το οποίο λειτουργεί βάσει συμφωνίας συνεργασίας από την Associated Universities, Inc.
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων NRAO
