16 lat badań ruchu gwiazd okrążających czarną dziurę w sercu Drogi Mlecznej

16 lat badań ruchu gwiazd okrążających czarną dziurę w sercu Drogi Mlecznej

10.12.2008

Zespół niemieckich astronomów wykorzystując kilka największych teleskopów ESO wykonał 16 letnie badania, których wynikiem jest najdokładniejsze studium otoczenia potwora, skrywającego się w jądrze naszej Galaktyki – super masywnej czarnej dziury. Naukowcy zbadali orbity prawie 30 gwiazd – pięciokrotnie więcej, niż we wcześniejszych projektach. Jedna z tych gwiazd właśnie zakończyła pełne okrążenie wokół czarnej dziury.

Centrum Galaktyki to unikalne laboratorium, w którym możemy badać fundamentalne procesy zachodzące w rejonach niezwykle silnej grawitacji, dynamikę gwiezdną i mechanizmy powstawania gwiazd, które są niezmiernie istotne dla zrozumienia jąder innych galaktyk, na tak szczegółowym poziomie, jaki nigdy nie będzie dostępny poza Galaktyką

Reinhard Genzel

Obserując cierpliwie i z ogromną precyzją ruch 28 gwiazd na orbitach wokół centralnego rejonu Drogi Mlecznej astronomowie uzyskali dane umożliwiające badanie super masywnej czarnej dziury, która skrywa się w tym rejonie, katalogowanej jako Sagittarius A*. Nowe wyniki po raz pierwszy dostarczają precyzyjnych danych na temat orbit gwiazd „centralnych” i dostarcza danych na temat tajemniczych procesów, które prowadzą do ich powstania.

„Centrum Galaktyki to unikalne laboratorium, w którym możemy badać fundamentalne procesy zachodzące w rejonach niezwykle silnej grawitacji, dynamikę gwiezdną i mechanizmy powstawania gwiazd, które są niezmiernie istotne dla zrozumienia jąder innych galaktyk, na tak szczegółowym poziomie, jaki nigdy nie będzie dostępny poza Galaktyką „- wyjaśnia kierownik zespołu Reinhard Genzel, z Instytutu Fizyki Pozaziemskiej Max-Plancka w Garching.

Pył międzygwiezdny wypełniający Galaktykę uniemożliwia bezpośrednią obserwację jądra Galaktyki w paśmie widzialnym. Astronomowie wykorzystują do tego celu promieniowanie podczerwone, które przenika przez pył. Choć obserwacje w tym paśmie są trudne technicznie do wykonania jednak przynoszą bardzo dobre wyniki. „Centrum Galaktyki jest miejscem gdzie leży najbliższa znana super masywna czarna dziura. Jest zatem również najlepszym miejscem do szczegółowego badania tych obiektów „- mówi główny autor artykułu opisującego wyniki opublikowanego w Astrophysical Journal, Stefa Gillessen.

Zespół wykorzystał gwiazdy centralne jako „cząstki testowe” i obserwował ich ruch wokół Sag A*. Podobnie jak liście porwane przez podmuch wiatru odkrywają skomplikowaną sieć prądów powietrznych, podobnie śledzenie gwiazd centralnych pozwala zobaczyć złożone źródła oddziaływań w centrum Galaktyki. Obserwacje te umożliwiają z kolei uzyskanie informacji na temat właściwości samej czarnej dziury – jej masy i rozmiarów. Z badań wynika, że co najmniej 95% masy oddziałującej na gwiazdy musi znajdować się w czarnej dziurze. Zostawia to niewiele miejsca na ciemną materię w tym rejonie.

„Z pewnością najważniejszym wynikiem naszych długoterminowych badań jest dostarczenie najpewniejszych namacalnych dowodów na istnienie super masywnych czarnych dziur. Orbity gwiazd w Jądrze Galaktycznym wskazują że centralna koncentracja masy 4 miliony razy większej od Słońca musi, poza wszelką wątpliwością, być czarną dziurą „- mówi Genzel. Obserwacje umożliwiły również sprecyzowanie naszej odległości od centrum Galaktyki i określenie jej na 27 000 lat świetlnych.

Aby zbudować najdoskonalszy z dotychczasowych model serca Drogi Mlecznej i obliczyć orbity indywidualny gwiazd zespół badał je przez wiele lat. Obecnie opublikowane wyniki są efektem 16 lat pracy, która rozpoczęła się w 1992 roku dzięki kamerze SHARP zainstalowanej na 3,5 metrowym teleskopie NTT (New Technology Telescope) w obserwatorium La Silla w Chile. Kolejne obserwacje, od 2002 roku, były wykonywane za pomocą dwóch instrumentów (NACO i SINFONI) zamontowanych na 8,2 metrowym teleskopie ESO VLT (Very Large Telescope). Około 50 nocy obserwacyjnych za pomocą teleskopów ESO, obejmujących 16 lat, zostało poświęconych by wykonać te niezwykłe obserwacje.

W stosunku do wcześniejszych badań zastosowane tutaj metody sześciokrotnie zwiększyły precyzję pomiaru pozycji gwiazd – ostateczna dokładność wyniosła 300 mikrosekund łuku – co w przybliżeniu odpowiada wielkości monety euro widzianej z odległości 10 000 kilometrów.

Ponadto po raz pierwszy liczba gwiazd centralnych ze znanymi orbitami jest na tyle duża, by możliwe było wykonywanie analiz statystycznych. „Gwiazdy w tym najbardziej wewnętrznym obszarze znajdują się na losowych orbitach przypominając rój pszczół „- mówi Gillessen. -” Jednak dalsze sześć ze zbadanych 28 okrąża czarną dziurę w dysku. W ten sposób nasze badania dodatkowo jednoznacznie potwierdziły wcześniejsze prace, których statystyczne dane wskazywały na istnienie dysku. Uporządkowany ruch pojawia się na zewnątrz pierwszego miesiąca świetlnego – wewnątrz tego promienia obserwujemy losowe orbity. To najlepszy na razie opis dynamiki młodych gwiazd w centrum Galaktyki.”

Jedna z gwiazd, znana jako S2, okrąża centrum Galaktyki tak szybko, że zamknęła pełną orbitę w trakcie 16-letniego okresu badań. Obserwacje jednej pełnej orbity S2 były kluczowym elementem umożliwiającym uzyskanie wysokiej precyzji wyników i lepsze zrozumienie tego regionu. Tajemnicą pozostaje mechanizm, który spowodował, że gwiazdy znajdują się na takich właśnie orbitach. Są zbyt młode, by ich miejsce narodzin było oddalone, jednak wydaje się jeszcze mniej prawdopodobnym by powstały na obecnych orbitach gdzie oddziałują na nie siły pływowe czarnej dziury. Aby przetestować różne teoretyczne modele, które próbują rozwikłać tę zagadkę, już planowane są kolejne obserwacje tego rejonu.

„ESO ma przed sobą wiele pracy „- mówi Genzel. -” Dla przyszłych badań bezpośredniego otoczenia czarnej dziury potrzebujemy uzyskać wyższą rozdzielczość kątową niż jest to obecnie możliwe”. Według Franka Eisenhauera głównego badacza pracującego nad instrumentem nowej generacji o nazwie GRAVITY, ESO wkrótce osiągnie konieczną do dalszych badań rozdzielczość. -” Następnym krokiem będzie połączenie światła z czterech 8,2 metrowych teleskopów VLT w procesie interferometrii. To umożliwi zwiększenie precyzji badań 10 do 100 razy w stosunku do obecnych możliwości. Ten instrument ma potencjał by bezpośrednio przetestować ogólną teorię względności Einsteina w dotychczas niezbadanym obszarze blisko czarnej dziury.”

Źródło:

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *