Na této ilustraci je vidět, že hvězdy jsou v těsném oběhu kolem supermasivní černé díry, která se skrývá ve středu Mléčné dráhy, známé jako Sagittarius A* (Sgr A*). Kredit: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/(Spaceengine), Poděkování: M. Zamani (NOIRLab NSF)[2]Přesné vhledy do supermasivní černé díry v srdci Mléčné dráhy
Astronomové využívají Gemini Observatory a mezinárodní spolupráci s dalekohledy, aby vrhli světlo na Sagittarius A*
Astronomové, získané pomocí dalekohledu Gemini North, provedli dosud nejpřesnější měření pohybů hvězd kolem supermasivu.[{“ attribute=““>black hole at the center of the Milky Way. These results show that 99.9% of the mass contained at the very center of the galaxy is due to the black hole, and only 0.1% could include stars, smaller black holes, interstellar dust, and gas, or dark matter.
Astronomové měřili přesněji než kdy předtím polohu a rychlost čtyř hvězd v bezprostřední blízkosti Sagittarius A* (Sgr A*),[1] supermasivní černá díra, která se skrývá ve středu Mléčné dráhy. Zjistilo se, že pohyby těchto hvězd – nazývaných S2, S29, S38 a S55 – sledují dráhy, které ukazují, že hmota ve středu Mléčné dráhy je téměř výhradně způsobena černou dírou Sgr A*, což ponechává jen velmi malý prostor pro Něco dalšího.
Výzkumný tým použil při tomto výzkumu řadu špičkových astronomických zařízení. K měření rychlostí hvězd použili spektroskopii z Gemini Near Infrared Spectrograph (GNIRS) na Gemini North poblíž vrcholu Maunakea na Havaji, což je součást mezinárodní observatoře Gemini, programu NOIRLab NSF, a přístroje SINFONI. na Evropské jižní observatoři Velmi velký dalekohled. K měření pozic hvězd byl použit přístroj GRAVITY na VLTI.
Ilustrace černé díry Sagittarius A* ve středu Mléčné dráhy. Kredit: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/(Spaceengine), Poděkování: M. Zamani (NOIRLab NSF)
„Jsme velmi vděční Gemini Observatory, jejíž přístroj GNIRS nám poskytl kritické informace, které jsme potřebovali,“ řekl Reinhard Genzel, ředitel Institutu Maxe Plancka pro mimozemskou fyziku a spolupříjemce Nobelovy ceny za fyziku pro rok 2020. „Tento výzkum ukazuje nejlepší celosvětovou spolupráci.“
Galaktický střed Mléčné dráhy, který se nachází zhruba 27 000 světelných let od Slunce, obsahuje kompaktní rádiový zdroj Sgr A*, který astronomové identifikovali jako supermasivní černou díru 4,3 milionkrát hmotnější než Slunce. Navzdory desetiletím pečlivého pozorování – a udělení Nobelovy ceny za odhalení identity Sgr A*[3] — bylo obtížné přesvědčivě dokázat, že většina této hmoty patří pouze supermasivní černé díře a nezahrnuje také obrovské množství hmoty, jako jsou hvězdy, menší černé díry, mezihvězdný prach a plyn nebo temná hmota.
Tyto komentované snímky pořízené přístrojem GRAVITY na VLTI (Very Large Telescope Interferometer) ESO mezi březnem a červencem 2021 ukazují hvězdy obíhající velmi blízko Sagittarius A*, supermasivní černé díry v srdci Mléčné dráhy. Jedna z těchto hvězd, pojmenovaná S29, byla pozorována, když se nejvíce přibližovala k černé díře na 13 miliard kilometrů, což je jen 90krát větší vzdálenost mezi Sluncem a Zemí. Další hvězda, pojmenovaná S300, byla poprvé detekována v nových pozorováních VLTI hlášených ESO.
Pomocí Gemini North z mezinárodní observatoře Gemini, programu NOIRLab NSF a VLT ESO, astronomové změřili přesněji než kdy předtím polohu a rychlost těchto hvězd S29 a S55 (stejně jako hvězd S2 a S38) a zjistili, že pohybovat se způsobem, který ukazuje, že hmota ve středu Mléčné dráhy je téměř výhradně způsobena černou dírou Sagittarius A*, takže ponechává jen velmi malý prostor pro cokoli jiného. Kredit: Spolupráce ESO/GRAVITY
„S udělením Nobelovy ceny za fyziku pro rok 2020 za potvrzení, že Sgr A* je skutečně černá díra, chceme nyní jít ještě dále. Rádi bychom pochopili, zda se ve středu Mléčné dráhy ještě něco skrývá a zda je obecná teorie relativity skutečně tou správnou teorií gravitace v této extrémní laboratoři,“ vysvětlil Stefan Gillessen, jeden z astronomů zapojených do této práce. „Nejpřímější způsob, jak odpovědět na tuto otázku, je pozorně sledovat dráhy hvězd procházejících blízko Sgr A*.“
Einsteinova obecná teorie relativity předpovídá, že oběžné dráhy hvězd kolem superhmotného kompaktního objektu se nepatrně liší od těch, které předpovídá klasická newtonovská fyzika. Obecná teorie relativity zejména předpovídá, že oběžné dráhy hvězd budou vykreslovat elegantní tvar růžice – efekt známý jako Schwarzschildova precese. Aby bylo možné skutečně vidět hvězdy vykreslující tuto růžici, sledoval tým polohu a rychlost čtyř hvězd v bezprostřední blízkosti Sgr A* – nazývaných S2, S29, S38 a S55. Pozorování týmu o rozsahu, ve kterém tyto hvězdy předcházely, jim umožnilo odvodit rozložení hmoty v Sgr A*. Zjistili, že jakákoli rozšířená hmota na oběžné dráze hvězdy S2 přispívá nejvýše ekvivalentem 0,1 % hmotnosti supermasivní černé díry.
Animovaná sekvence[{“ attribute=““>ESO’s Very Large Telescope Interferometer (VLTI) images of stars around the Milky Way’s central black hole. This animation shows the orbits of the stars S29 and S55 as they move close to Sagittarius A* (center), the supermassive black hole at the heart of the Milky Way. As we follow the stars along in their orbits, we see real images of the region obtained with the GRAVITY instrument on the VLTI in March, May, June and July 2021. In addition to S29 and S55, the images also show two fainter stars, S62 and S300. S300 was detected for the first time in new VLTI observations reported by ESO.
Measuring the minute variations in the orbits of distant stars around our galaxy’s supermassive black hole is incredibly challenging. To make further discoveries, astronomers will have to push the boundaries not only of science but also of engineering. Upcoming extremely large telescopes (ELTs) such as the Giant Magellan Telescope and the Thirty Meter Telescope (both part of the US-ELT Program) will allow astronomers to measure even fainter stars with even greater precision.
“We will improve our sensitivity even further in future, allowing us to track even fainter objects,” concluded Gillessen. “We hope to detect more than we see now, giving us a unique and unambiguous way to measure the rotation of the black hole.”
Přiblížení do srdce Mléčné dráhy, abyste viděli hvězdy pozorované dalekohledem Very Large Telescope Evropské jižní observatoře (poslední pozorování je z roku 2019). Větší přiblížení odhaluje hvězdy ještě blíže k černé díře, pozorované přístrojem GRAVITY na interferometrii Very Large Telescope Interferometrie ESO v polovině roku 2021.
„Observatoře Gemini nadále poskytují nový pohled na povahu naší galaxie a obrovské černé díry v jejím středu,“ řekl Martin Still, programový ředitel Gemini z National Science Foundation. „Další vývoj přístroje v průběhu příští dekády určený pro široké použití si udrží vedoucí postavení NOIRLab v charakterizaci vesmíru kolem nás.“
Další informace o tomto výzkumu najdete v článku Sledujte závod hvězd kolem supermasivní černé díry Mléčné dráhy.
Poznámky
- Sagittarius A* se nazývá „hvězda Střelce A“.
- VLT ESO se skládá ze čtyř samostatných 8,2metrových dalekohledů, které dokážou spojit světlo prostřednictvím sítě zrcadel a podzemních tunelů pomocí techniky známé jako interferometrie, aby vytvořily VLTI. GRAVITY používá tuto techniku k měření polohy objektů noční oblohy s vysokou[{“ attribute=““>accuracy — equivalent to picking out a quarter-dollar coin on the surface of the Moon.
- The 2020 Nobel Prize in Physics was awarded in part to Reinhard Genzel and Andrea Ghez “for the discovery of a supermassive compact object at the center of our galaxy.”
This research is presented in the paper “The mass distribution in the Galactic Centre from interferometric astrometry of multiple stellar orbits” which is published in Astronomy & Astrophysics. A companion paper “Deep Images of the Galactic Center with GRAVITY” has also been published in Astronomy & Astrophysics.
References:
“Mass distribution in the Galactic Center based on interferometric astrometry of multiple stellar orbits” by GRAVITY Collaboration: R. Abuter, N. Aimar, A. Amorim, J. Ball, M. Bauböck, J. P. Berger, H. Bonnet, G. Bourdarot, W. Brandner, V. Cardoso, Y. Clénet, Y. Dallilar, R. Davies, P. T. de Zeeuw, J. Dexter, A. Drescher, F. Eisenhauer, N. M. Förster Schreiber, A. Foschi, P. Garcia, F. Gao, E. Gendron, R. Genzel, S. Gillessen, M. Habibi, X. Haubois, G. Heißel,??, T. Henning, S. Hippler, M. Horrobin, L. Jochum, L. Jocou, A. Kaufer, P. Kervella, S. Lacour, V. Lapeyrère, J.-B. Le Bouquin, P. Léna, D. Lutz, T. Ott, T. Paumard, K. Perraut, G. Perrin, O. Pfuhl, S. Rabien, J. Shangguan, T. Shimizu, S. Scheithauer, J. Stadler, A.W. Stephens, O. Straub, C. Straubmeier, E. Sturm, L. J. Tacconi, K. R. W. Tristram, F. Vincent, S. von Fellenberg, F. Widmann, E. Wieprecht, E. Wiezorrek, J. Woillez, S. Yazici and A. Young, 19 January 2022, Astronomy & Astrophysics.
DOI: 10.1051/0004-6361/202142465
“Deep images of the Galactic center with GRAVITY” by GRAVITY Collaboration: R. Abuter, N. Aimar, A. Amorim, P. Arras, M. Bauböck, J. P. Berger, H. Bonnet, W. Brandner, G. Bourdarot, V. Cardoso, Y. Clénet, R. Davies, P. T. de Zeeuw, J. Dexter, Y. Dallilar, A. Drescher, F. Eisenhauer, T. Enßlin, N. M. Förster Schreiber, P. Garcia, F. Gao, E. Gendron, R. Genzel, S. Gillessen, M. Habibi, X. Haubois, G. Heißel, T. Henning, S. Hippler, M. Horrobin, A. Jiménez-Rosales, L. Jochum, L. Jocou, A. Kaufer, P. Kervella, S. Lacour, V. Lapeyrère, J.-B. Le Bouquin, P. Léna, D. Lutz, F. Mang, M. Nowak, T. Ott, T. Paumard, K. Perraut, G. Perrin, O. Pfuhl, S. Rabien, J. Shangguan, T. Shimizu, S. Scheithauer, J. Stadler, O. Straub, C. Straubmeier, E. Sturm, L. J. Tacconi, K. R. W. Tristram, F. Vincent, S. von Fellenberg, I. Waisberg, F. Widmann, E. Wieprecht, E. Wiezorrek, J. Woillez, S. Yazici, A. Young and G. Zins, 19 January 2022, Astronomy & Astrophysics.
DOI: 10.1051/0004-6361/202142459
More information
The team behind this result is composed of The GRAVITY Collaboration, R. Abuter (European Southern Observatory), A. Amorim (Universidade de Lisboa and CENTRA – Centro de Astrofísica e Gravitação), M. Bauböck (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and University of Illinois), J. P. Berger (University Grenoble Alpes and European Southern Observatory), H. Bonnet (European Southern Observatory), G. Bourdarot (University Grenoble Alpes and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), V. Cardoso (CENTRA – Centro de Astrofísica e Gravitação and CERN), Y. Clénet (LESIA, Observatoire de Paris), Y. Dallilar (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), R. Davies (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), P. T. de Zeeuw (Leiden University and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), J. Dexter (University of Colorado, Boulder), A. Drescher (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), A. Eckart (University of Cologne and Max Planck Institute for Radio Astronomy), F. Eisenhauer (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), N. M. Förster Schreiber (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), P. Garcia (Universidade do Porto and CENTRA – Centro de Astrofísica e Gravitação), F. Gao (Universität Hamburg and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Gendron (LESIA, Observatoire de Paris), R. Genzel (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and University of California, Berkeley), S. Gillessen (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), M. Habibi (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), X. Haubois (European Southern Observatory), G. Heißel (LESIA, Observatoire de Paris), T. Henning (Max Planck Institute for Astronomy), S. Hippler (Max Planck Institute for Astronomy), M. Horrobin (University of Cologne), L. Jochum (European Southern Observatory), L. Jocou (University Grenoble Alpes), A. Kaufer (European Southern Observatory), P. Kervella (LESIA, Observatoire de Paris), S. Lacour (LESIA, Observatoire de Paris), V. Lapeyrère (LESIA, Observatoire de Paris), J.-B. Le Bouquin (University Grenoble Alpes), P. Léna (LESIA, Observatoire de Paris), D. Lutz (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Ott (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Paumard (LESIA, Observatoire de Paris), K. Perraut (University Grenoble Alpes), G. Perrin (LESIA, Observatoire de Paris), O. Pfuhl (European Southern Observatory and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), S. Rabien (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), G. Rodríguez-Coira (LESIA, Observatoire de Paris), J. Shangguan (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Shimizu (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), S. Scheithauer (Max Planck Institute for Astronomy), J. Stadler (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), O. Straub (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), C. Straubmeier (University of Cologne), E. Sturm (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), L. J. Tacconi (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), K. R. W. Tristram (European Southern Observatory), F. Vincent (LESIA, Observatoire de Paris), S. von Fellenberg (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), F. Widmann (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Wieprecht (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Wiezorrek (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), J. Woillez (European Southern Observatory), S. Yazici (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and the University of Cologne), and A. Young (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics).