Πιστωτική εικόνα: ESO
Μια ομάδα αστρονόμων εντόπισε ένα κατά τα άλλα κανονικό αστέρι να κάνει μια στενή διέλευση με την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα που κρύβεται στο κέντρο του Γαλαξία μας. Στην πλησιέστερη προσέγγισή του, το αστέρι ήταν μόλις 17 ώρες φωτός μακριά από τη μαύρη τρύπα (τρεις φορές την απόσταση του Ήλιου από τον Πλούτωνα). Εικόνες της περιοχής συγκεντρώθηκαν για πάνω από 10 χρόνια χρησιμοποιώντας το προσαρμοστικό οπτικό σύστημα στο Παρατηρητήριο του Παρατηρητηρίου του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου.
Μια διεθνής ομάδα αστρονόμων [2], με επικεφαλής ερευνητές στο Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE), έχει παρατηρήσει άμεσα ένα κατά τα άλλα φυσιολογικό αστέρι σε τροχιά γύρω από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο του Γαλαξία μας.
Δέκα χρόνια επίπονων μετρήσεων στέφθηκαν από μια σειρά μοναδικών εικόνων που ελήφθησαν από το όργανο Adaptive Optics (AO) NAOS-CONICA (NACO) [3] στο τηλεσκόπιο 8,2 m VLT YEPUN στο Παρατηρητήριο του ESO. Αποδεικνύεται ότι νωρίτερα φέτος το αστέρι πλησίασε την κεντρική Μαύρη Τρύπα σε 17 ώρες φωτός - μόνο τρεις φορές την απόσταση μεταξύ του Ήλιου και του πλανήτη Πλούτωνα - ενώ ταξιδεύει με ταχύτητα τουλάχιστον 5000 km / sec.
Προηγούμενες μετρήσεις των ταχυτήτων των άστρων κοντά στο κέντρο του Γαλαξία και των μεταβλητών εκπομπών ακτίνων Χ από αυτήν την περιοχή έχουν παράσχει τις ισχυρότερες ενδείξεις μέχρι στιγμής για την ύπαρξη μιας κεντρικής Μαύρης Τρύπας στον οικιακό μας γαλαξία και, έμμεσα, ότι η σκοτεινή μάζα συγκεντρώσεις που παρατηρούνται σε πολλούς πυρήνες άλλων γαλαξιών πιθανώς είναι επίσης υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Ωστόσο, δεν ήταν ακόμη δυνατό να αποκλειστούν πολλές εναλλακτικές διαμορφώσεις.
Σε ένα πρωτοποριακό έγγραφο που εμφανίζεται στο ερευνητικό περιοδικό Nature στις 17 Οκτωβρίου 2002, η παρούσα ομάδα αναφέρει τα συναρπαστικά τους αποτελέσματα, συμπεριλαμβανομένων εικόνων υψηλής ανάλυσης που επιτρέπουν την ανίχνευση των δύο τρίτων της τροχιάς ενός αστεριού που ονομάζεται "S2". Αυτή τη στιγμή είναι το πλησιέστερο παρατηρήσιμο αστέρι στην πηγή του μικρού ραδιοφώνου και ο τεράστιος υποψήφιος μαύρης τρύπας "SgrA *" ("Τοξότης Α") στο κέντρο του Γαλαξία μας. Η τροχιακή περίοδος είναι λίγο πάνω από 15 χρόνια.
Οι νέες μετρήσεις αποκλείουν με μεγάλη εμπιστοσύνη ότι η κεντρική σκοτεινή μάζα αποτελείται από ένα σύμπλεγμα ασυνήθιστων αστεριών ή στοιχειωδών σωματιδίων και αφήνουν λίγη αμφιβολία για την παρουσία μιας υπερμεγέθης μαύρης τρύπας στο κέντρο του γαλαξία στον οποίο ζούμε.
Κάσας και μαύρες τρύπες
Από την ανακάλυψη των κβάζαρ (οιονεί αστρικές πηγές ραδιοφώνου) το 1963, οι αστροφυσικοί έψαξαν για μια εξήγηση της παραγωγής ενέργειας σε αυτά τα πιο φωτεινά αντικείμενα του Σύμπαντος. Τα κβάζαρ βρίσκονται στα κέντρα των γαλαξιών και πιστεύεται ότι η τεράστια ενέργεια που εκπέμπεται από αυτά τα αντικείμενα οφείλεται στην ύλη που πέφτει σε μια υπερμεγέθη Μαύρη Τρύπα, απελευθερώνοντας βαρυτική ενέργεια μέσω έντονης ακτινοβολίας προτού το υλικό εξαφανιστεί για πάντα στην τρύπα (στην ορολογία της φυσικής: "Περνά πέρα από τον ορίζοντα γεγονότων" [4]).
Για να εξηγήσουμε την τεράστια παραγωγή ενέργειας των κβάζαρ και άλλων ενεργών γαλαξιών, πρέπει να υποθέσουμε την παρουσία μαύρων οπών με μάζες από ένα εκατομμύριο έως αρκετά δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου. Πολλά στοιχεία έχουν συγκεντρωθεί τα τελευταία χρόνια για την υποστήριξη του παραπάνω μοντέλου "προσαύξησης μαύρης τρύπας" για κβάζαρ και άλλους γαλαξίες, συμπεριλαμβανομένης της ανίχνευσης συγκεντρώσεων σκοτεινής μάζας στις κεντρικές περιοχές τους.
Ωστόσο, μια σαφής απόδειξη απαιτεί εξαίρεση όλων των πιθανών άλλων, μη μαύρων οπών διαμορφώσεων της κεντρικής συγκέντρωσης μάζας. Για αυτό, είναι επιτακτική ανάγκη να προσδιοριστεί το σχήμα του βαρυτικού πεδίου πολύ κοντά στο κεντρικό αντικείμενο - και αυτό δεν είναι δυνατό για τα μακρινά κβάζαρ λόγω τεχνολογικών περιορισμών των διαθέσιμων τηλεσκοπίων.
Το κέντρο του Γαλαξία
Το κέντρο του γαλαξία μας στον Γαλαξία μας βρίσκεται στον νότιο αστερισμό του Τοξότη (Ο Τοξότης) και βρίσκεται «μόνο» 26.000 έτη φωτός μακριά [5]. Σε εικόνες υψηλής ανάλυσης, μπορείτε να διακρίνετε χιλιάδες μεμονωμένα αστέρια εντός της κεντρικής περιοχής, μιας περιοχής φωτός ενός έτους (αυτό αντιστοιχεί στο ένα τέταρτο περίπου της απόστασης από το "Proxima Centauri", το αστέρι που βρίσκεται πλησιέστερα στο ηλιακό σύστημα) .
Χρησιμοποιώντας τις κινήσεις αυτών των αστεριών για την ανίχνευση του βαρυτικού πεδίου, παρατηρήσεις με το τηλεσκόπιο νέας τεχνολογίας 3,5 μέτρων (NTT) στο Παρατηρητήριο του ESO La Silla (Χιλή) (και στη συνέχεια στο τηλεσκόπιο Keck των 10 μέτρων, Χαβάη, ΗΠΑ) την τελευταία δεκαετία έχουν δείξει ότι μια μάζα περίπου 3 εκατομμυρίων φορές μεγαλύτερη από αυτήν του Ήλιου συγκεντρώνεται σε ακτίνα μόλις 10 ημερών φωτός [5] του συμπαγούς ραδιοφώνου και της πηγής ακτίνων Χ SgrA * («Τοξότης Α») στο κέντρο του αστεριού.
Αυτό σημαίνει ότι το SgrA * είναι το πιο πιθανό αντίστοιχο της υποτιθέμενης μαύρης τρύπας και, ταυτόχρονα, καθιστά το Γαλαξιακό Κέντρο το καλύτερο αποδεικτικό στοιχείο για την ύπαρξη τέτοιων υπερμεγέθων μαύρων οπών. Ωστόσο, αυτές οι προηγούμενες έρευνες δεν μπορούσαν να αποκλείσουν πολλές άλλες διαμορφώσεις μη μαύρων οπών.
«Στη συνέχεια χρειαζόμασταν ακόμη πιο ευκρινείς εικόνες για να διευθετήσουμε το ζήτημα του κατά πόσον είναι δυνατή οποιαδήποτε άλλη διαμόρφωση εκτός από μια μαύρη τρύπα και βασίζαμε στο τηλεσκόπιο ESO VLT για την παροχή αυτών», εξηγεί ο Reinhard Genzel, Διευθυντής του Ινστιτούτου Max-Planck για την Εξωγήινη Φυσική ( MPE) στο Garching κοντά στο Μόναχο (Γερμανία) και μέλος της παρούσας ομάδας. «Το νέο όργανο NAOS-CONICA (NACO), που δημιουργήθηκε σε στενή συνεργασία μεταξύ του ινστιτούτου μας, του Ινστιτούτου Αστρονομίας Max-Planck (MPIA: Χαϊδελβέργη, Γερμανία), του ESO και των Παρατηρητηρίων Paris-Meudon και Grenoble (Γαλλία), ήταν απλά αυτό που χρειαζόμασταν για να κάνουμε αυτό το αποφασιστικό βήμα μπροστά ».
Οι παρατηρήσεις της NACO στο κέντρο του Γαλαξία
Το νέο όργανο NACO [3] εγκαταστάθηκε στα τέλη του 2001 στο τηλεσκόπιο VLT 8,2-m YEPUN. Ήδη κατά τη διάρκεια των αρχικών δοκιμών, παρήγαγε πολλές εντυπωσιακές εικόνες, μερικές από τις οποίες αποτέλεσαν αντικείμενο προηγούμενων δελτίων τύπου του ESO [6].
«Οι πρώτες παρατηρήσεις φέτος με το NACO μας έδωσαν αμέσως τις πιο ευκρινείς και« βαθύτερες »εικόνες του Γαλαξία, που έδειξαν ποτέ μεγάλο αριθμό αστεριών σε αυτήν την περιοχή», λέει ο Andreas Eckart του Πανεπιστημίου της Κολωνίας, άλλο μέλος της διεθνούς ομάδας με επικεφαλής τον Rainer Sch? del, τον Thomas Ott και τον Reinhard Genzel από το MPE. «Αλλά έπρεπε να είμαστε ακόμη συγκλονισμένοι από το υπέροχο αποτέλεσμα αυτών των δεδομένων!»
Συνδυάζοντας τις υπέρυθρες εικόνες τους με ραδιοφωνικά δεδομένα υψηλής ανάλυσης, η ομάδα μπόρεσε να προσδιορίσει - κατά τη διάρκεια μιας δεκαετίας - πολύ ακριβείς θέσεις περίπου χίλια αστέρια στην κεντρική περιοχή σε σχέση με τη συμπαγή πηγή ραδιοφώνου SgrA *, βλ. PR Photo 23γ / 02.
«Όταν συμπεριλάβαμε τα τελευταία δεδομένα NACO στην ανάλυσή μας τον Μάιο του 2002, δεν μπορούσαμε να πιστέψουμε τα μάτια μας. Το αστέρι S2, το οποίο είναι εκείνο που βρίσκεται πλησιέστερα στο SgrA *, μόλις έκανε μια γρήγορη εναλλαγή κοντά στην πηγή του ραδιοφώνου. Ξαφνικά συνειδητοποιήσαμε ότι στην πραγματικότητα είδαμε την κίνηση ενός αστεριού σε τροχιά γύρω από την κεντρική μαύρη τρύπα, παίρνοντάς το απίστευτα κοντά σε αυτό το μυστηριώδες αντικείμενο », λέει ένας πολύ χαρούμενος Thomas Ott, ο οποίος εργάζεται τώρα στην ομάδα του MPE για τη διδακτορική του διατριβή .
Σε τροχιά γύρω από την κεντρική μαύρη τρύπα
Δεν έχει καταγραφεί κανένα γεγονός σαν αυτό. Αυτά τα μοναδικά δεδομένα δείχνουν ξεκάθαρα ότι το S2 κινείται κατά μήκος μιας ελλειπτικής τροχιάς με SgrA * σε μία εστίαση, δηλαδή το S2 περιστρέφεται γύρω από το SgrA * όπως η Γη σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο, βλ. το δεξί πλαίσιο του PR Photo 23c / 02.
Τα υπέροχα δεδομένα επιτρέπουν επίσης τον ακριβή προσδιορισμό των τροχιακών παραμέτρων (σχήμα, μέγεθος κ.λπ.). Αποδεικνύεται ότι το S2 έφτασε στην πλησιέστερη απόσταση από το SgrA * την άνοιξη του 2002, οπότε ήταν μόλις 17 ώρες φωτός [5] μακριά από την πηγή ραδιοφώνου, ή μόλις 3 φορές την απόσταση του Ήλιου-Πλούτωνα. Στη συνέχεια κινήθηκε με περισσότερα από 5000 km / s, ή σχεδόν διακόσια φορές την ταχύτητα της Γης σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο. Η τροχιακή περίοδος είναι 15,2 χρόνια. Η τροχιά είναι αρκετά επιμήκης - η εκκεντρότητα είναι 0,87 - υποδηλώνοντας ότι το S2 απέχει περίπου 10 ημέρες φωτός από την κεντρική μάζα στο πιο απομακρυσμένο τροχιακό σημείο [7].
«Τώρα είμαστε σε θέση να αποδείξουμε με βεβαιότητα ότι το SgrA * είναι πράγματι η τοποθεσία της κεντρικής σκοτεινής μάζας που γνωρίζαμε ότι υπήρχε. Ακόμα πιο σημαντικό, τα νέα μας δεδομένα έχουν «συρρικνωθεί» κατά έναν παράγοντα αρκετών χιλιάδων του όγκου εντός του οποίου περιέχονται αυτές οι αρκετές εκατομμύρια ηλιακές μάζες », λέει ο Rainer Sch? Del, PhD φοιτητής στο MPE και επίσης πρώτος συγγραφέας του προκύπτοντος εγγράφου.
Στην πραγματικότητα, οι υπολογισμοί των μοντέλων δείχνουν τώρα ότι η καλύτερη εκτίμηση της μάζας της Μαύρης Τρύπας στο κέντρο του Γαλαξία είναι 2,6; 0,2 εκατομμύρια φορές τη μάζα του Ήλιου.
Δεν υπάρχουν άλλες δυνατότητες
Σύμφωνα με τη λεπτομερή ανάλυση που παρουσιάζεται στο άρθρο Nature, άλλες προηγουμένως δυνατές διαμορφώσεις, όπως πολύ συμπαγείς συστάδες αστεριών νετρονίων, αστρικές μαύρες τρύπες ή αστέρια χαμηλής μάζας, ή ακόμη και μια σφαίρα πιθανών βαρέων νετρίνων, μπορούν τώρα να αποκλειστούν οριστικά.
Η μόνη ακόμη βιώσιμη διαμόρφωση μη μαύρης τρύπας είναι ένα υποθετικό αστέρι βαριών στοιχειωδών σωματιδίων που ονομάζεται μποζόνια, το οποίο θα μοιάζει πολύ με μια μαύρη τρύπα. «Ωστόσο», λέει ο Reinhard Genzel, «ακόμα κι αν ένα τέτοιο αστέρι μποζονίου είναι κατ 'αρχήν εφικτό, θα καταρρεύσει γρήγορα σε μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα ούτως ή άλλως, οπότε νομίζω ότι έχουμε κατακλύσει την υπόθεση!»
Επόμενες παρατηρήσεις
«Οι περισσότεροι αστροφυσικοί θα δεχόταν ότι τα νέα δεδομένα παρέχουν πειστικά στοιχεία ότι υπάρχει μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο του Γαλαξία μας. Αυτό καθιστά ακόμη πιο πιθανή την υπερμεγέθη ερμηνεία της μαύρης τρύπας για την τεράστια συγκέντρωση της σκοτεινής μάζας που ανιχνεύεται στο κέντρο πολλών άλλων γαλαξιών », λέει ο Alvio Renzini, Επιστήμονας του προγράμματος VLT στο ESO.
Τι απομένει λοιπόν να γίνει; Η επόμενη μεγάλη αναζήτηση τώρα είναι να καταλάβουμε πότε και πώς σχηματίστηκαν αυτές οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες και γιατί σχεδόν κάθε τεράστιος γαλαξίας φαίνεται να περιέχει έναν. Ο σχηματισμός των κεντρικών μαύρων τρυπών και του ίδιου του γαλαξία-ξενιστή τους φαίνεται όλο και περισσότερο να είναι ένα και το ίδιο πρόβλημα. Πράγματι, μία από τις εκκρεμείς προκλήσεις που πρέπει να λύσει το VLT τα επόμενα χρόνια.
Υπάρχει επίσης μικρή αμφιβολία ότι οι ερχόμενες ενδομετρικές παρατηρήσεις με όργανα στο VLT Interferometer (VLTI) και το Large Binocular Telescope (LBT) θα οδηγήσουν επίσης σε ένα άλλο τεράστιο άλμα σε αυτό το συναρπαστικό πεδίο έρευνας.
Ο Andreas Eckart είναι αισιόδοξος: «Ίσως θα ήταν ακόμη δυνατό με ακτινογραφίες και ραδιοφωνικές παρατηρήσεις τα επόμενα χρόνια να αποδείξουμε άμεσα την ύπαρξη του ορίζοντα της εκδήλωσης».
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο ειδήσεων ESO
