Dodano: 16 grudzień 2021r.

Najdokładniejsze obrazy gwiazd poruszających się wokół czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej

W centrum Drogi Mlecznej znajduje się supermasywna czarna dziura znana jako Sagittarius A*, która ma masę ponad 4 miliony razy większą od naszego Słońca. W stosunkowo bliskiej odległości od czarnej dziury krąży garstka gwiazd. Naukowcom udało się uzyskać najgłębsze i najostrzejsze jak dotąd obrazy ruchu tych gwiazd wokół supermasywnego kolosa. Zdjęcia pomogły również znaleźć nieznaną dotychczas gwiazdę krążącą wokół Sagittariusa A*.

Najdokładniejsze obrazy gwiazd poruszających się wokół czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej

 

Obserwacje Drogi Mlecznej, wykonane za pomocą Interferometru Bardzo Dużego Teleskopu ((Very Large Telescope Interferometer - VLTI), należącego do Europejskiego Obserwatorium Południowego w Chile (ESO), zaowocowały powstaniem najdokładniejszych w historii zdjęć obszaru wokół supermasywnej czarnej dziury znajdującej się w centrum Drogi Mlecznej, umożliwiając naukowcom dokładniejsze oszacowanie masy gigantycznej czarnej dziury w sercu naszej galaktyki. Ujawniły również nieznaną wcześniej gwiazdę krążącą w pobliżu Sagittariusa A* (Sgr A*).

Nowe badania zostały opisane w dwóch artykułach opublikowanych na łamach czasopisma „Astronomy & Astrophysics”(DOI: 10.1051/0004-6361/202142465, DOI: 10.1051/0004-6361/202142459).

Nowa metoda analizy obrazów

Bardzo Duży Teleskop (Very Large Telescope) jest jednym z najbardziej zaawansowanych kosmicznych obserwatoriów optycznych na świecie. Składające się z czterech głównych zwierciadeł, każde o średnicy 8,2 metra, i czterech teleskopów pomocniczych o średnicy 1,8 m, obserwatorium może wykryć obiekty cztery miliardy razy słabsze niż to, co można zobaczyć gołym okiem.

Technika zwana interferometrią umożliwia astronomom połączenie światła przechodzącego przez cztery główne teleskopy w jeden obraz. Astronomowie stosują tę metodę od lat, ale jej najnowsza iteracja zapewnia oszałamiającą, bo 20-krotną poprawę ostrości obrazu w porównaniu ze zdjęciami uzyskanymi przez pojedynczy teleskop.

- VLTI daje nam niesamowitą rozdzielczość przestrzenną, a dzięki nowym zdjęciom docieramy głębiej niż kiedykolwiek wcześniej – powiedziała Julia Stadler z Instytutu Astrofizyki im. Maxa Plancka w Garching w Niemczech, która kierowała kampanią obrazowania. - Jesteśmy zdumieni ilością szczegółów, a także liczbą gwiazd, które ujawniają obrazy obszaru wokół czarnej dziury – dodała.

Najdokładniejsze szacunki dot. Sagittariusa A*

Czarne dziury nie emitują i nie odbijają światła. Obiekty te są tak masywne, że po osiągnięciu pewnego punktu (horyzontu zdarzeń) prędkość ucieczki, czyli prędkość potrzebna do opuszczenia pola grawitacyjnego obiektu, przekracza prędkość światła w próżni i nawet światło nie jest w stanie opuścić tego obszaru. Dlatego też czarnych dziur nie można bezpośrednio zaobserwować. A jednak astronomowie są w stanie je zlokalizować - na podstawie oddziaływań z otaczającą je materią oraz światłem. 

- Obserwacje gwiazd na bliskich orbitach wokół Sgr A* pozwalają nam precyzyjnie zbadać pole grawitacyjne wokół najbliższej Ziemi masywnej czarnej dziury, przetestować ogólną teorię względności i określić właściwości czarnej dziury – wyjaśnił Reinhard Genzel, dyrektor Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics i laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki z 2020 roku za wieloletnie badania nad Sagittariusem A*. - Chcemy dowiedzieć się więcej o czarnej dziurze w centrum Drogi Mlecznej. Jaka dokładnie jest jej masa? Czy się obraca? Czy gwiazdy wokół niej zachowują się dokładnie tak, jak oczekujemy tego po ogólnej teorii względności Einsteina? - dodał.

Pomiary przeprowadzone między marcem a lipcem 2021 roku wykazały, że Sgr A* ma masę 4,3 miliona mas naszego Słońca i znajduje się w odległości 27 tys. lat świetlnych od nas. Obie te wartości są jak dotąd najdokładniejszymi szacunkami masy Sgr A* oraz jej odległości od Ziemi.

Gwiazda S300

Podczas kampanii obserwacyjnej astronomowie przyglądali się gwieździe S29, która jest najbliższą znaną nam gwiazdą krążącą wokół Sgr A*. W maju tego roku S29 zbliżyła się do czarnej dziury na odległość zaledwie 13 miliardów kilometrów. Podczas tego bliskiego spotkania gwiazda poruszała się z rekordową prędkością 8740 kilometrów na sekundę. Astronomowie nie znają innej gwiazdy, która pędziłaby z taką prędkości i zbliżyła się na tak małą odległość do czarnej dziury.

Podczas tych obserwacji uczeni dostrzegli zupełnie nową gwiazdę w tym gęstym regionie. Gwiazda została nazwana S300, a jej odkrycie jest obiecującym krokiem naprzód dla dalszych badań nad tym intrygującym obszarem galaktyki.

Badania są częścią międzynarodowego projektu GRAVITY, w ramach którego opracowywane są nowe techniki analizy obrazów centrum Drogi Mlecznej w celu odwzorowania otoczenia Sgr A* w możliwie najdrobniejszych szczegółach. Astronomowie mają nadzieję, że w przyszłości będą w stanie wykryć gwiazdy o znacznie słabszym blasku niż S29 i S300 i krążące jeszcze bliżej czarnej dziury. Orbity tych gwiazd mogą ujawnić informacje o rotacji czarnej dziury. Astronomowie mają nadzieję na kolejne odkrycia w sercu galaktyki po zakończeniu budowy Ekstremalnie Wielkiego Teleskopu (Extremely Large Telescope – ELT), który stanie się największym na świecie obserwatorium kosmicznym, a ma to nastąpić około 2025 roku.

- Dzięki połączeniu mocy GRAVITY i ELT będziemy mogli dowiedzieć się, jak szybko wiruje czarna dziura – powiedział Frank Eisenhauer, główny badacz projektu GRAVITY. - Nikt dotąd nie był w stanie tego zrobić - dodał.

 

Źródło: ESO, fot. ESO/GRAVITY collaboration