Tín dụng hình ảnh: ESO
Một nhóm các nhà thiên văn học đã phát hiện ra một ngôi sao bình thường khác thực hiện một cuộc vượt cạn với lỗ đen siêu lớn ẩn nấp ở trung tâm Dải Ngân hà của chúng ta. Ở cách tiếp cận gần nhất, ngôi sao chỉ cách lỗ đen 17 giờ ánh sáng (gấp ba lần khoảng cách của Mặt trời đến Sao Diêm Vương). Hình ảnh của khu vực đã được thu thập trong hơn 10 năm bằng cách sử dụng hệ thống quang học thích nghi trên Đài quan sát Paranal Đài thiên văn Nam châu Âu.
Một nhóm các nhà thiên văn học quốc tế [2], dẫn đầu bởi các nhà nghiên cứu tại Viện Vật lý ngoài Trái đất (MPE), đã trực tiếp quan sát một ngôi sao bình thường quay quanh lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của Dải Ngân hà.
Mười năm các phép đo cần thiết đã được trao vương miện bởi một loạt các hình ảnh độc đáo thu được từ thiết bị Quang học Thích ứng (AO) NAOS-CONICA (NACO) [3] trên kính viễn vọng VLT YEPUN 8.2 m tại Đài quan sát Paranal ESO. Hóa ra đầu năm nay, ngôi sao đã tiếp cận Hố đen trung tâm trong vòng 17 giờ ánh sáng - chỉ bằng ba lần khoảng cách giữa Mặt trời và hành tinh Sao Diêm Vương - trong khi di chuyển với tốc độ không dưới 5000 km / giây.
Các phép đo trước đây về vận tốc của các ngôi sao gần trung tâm Dải Ngân hà và phát xạ tia X biến đổi từ khu vực này đã cung cấp bằng chứng mạnh mẽ nhất cho đến nay về sự tồn tại của Hố đen trung tâm trong thiên hà nhà chúng ta và, mặc nhiên, khối lượng tối nồng độ nhìn thấy trong nhiều hạt nhân của các thiên hà khác có lẽ cũng là các hố đen siêu lớn. Tuy nhiên, vẫn chưa thể loại trừ một số cấu hình thay thế.
Trong một bài báo đột phá xuất hiện trên tạp chí nghiên cứu Nature vào ngày 17 tháng 10 năm 2002, nhóm hiện tại đã báo cáo kết quả thú vị của họ, bao gồm các hình ảnh có độ phân giải cao cho phép truy tìm hai phần ba quỹ đạo của một ngôi sao được chỉ định là S2 S2. Nó hiện là ngôi sao có thể quan sát gần nhất với nguồn phát thanh nhỏ gọn và ứng cử viên lỗ đen khổng lồ, S SAA * ((Sag Sagarius A A) tại trung tâm của Dải Ngân hà. Thời kỳ quỹ đạo chỉ hơn 15 năm.
Các phép đo mới loại trừ với độ tin cậy cao rằng khối tối trung tâm bao gồm một cụm các ngôi sao hoặc hạt cơ bản khác thường và không nghi ngờ gì về sự hiện diện của lỗ đen siêu lớn ở trung tâm thiên hà nơi chúng ta sống.
Chuẩn tinh và lỗ đen
Kể từ khi phát hiện ra các quasar (nguồn vô tuyến sao) vào năm 1963, các nhà vật lý thiên văn đã tìm kiếm một lời giải thích về việc sản xuất năng lượng trong những vật thể phát sáng nhất này trong Vũ trụ. Các quasar cư trú tại trung tâm của các thiên hà và người ta tin rằng năng lượng khổng lồ phát ra từ các vật thể này là do vật chất rơi xuống Hố đen siêu lớn, giải phóng năng lượng hấp dẫn qua bức xạ cực mạnh trước khi vật chất biến mất vĩnh viễn vào lỗ (theo thuật ngữ vật lý: Càng vượt qua chân trời sự kiện, [4]).
Để giải thích sự sản sinh năng lượng phi thường của các quasar và các thiên hà hoạt động khác, người ta cần phải phỏng đoán sự hiện diện của các lỗ đen với khối lượng từ một triệu đến vài tỷ lần khối lượng Mặt trời. Nhiều bằng chứng đã được tích lũy trong những năm qua để hỗ trợ cho mô hình lỗ đen bồi đắp trên đây cho các quasar và các thiên hà khác, bao gồm cả việc phát hiện nồng độ khối lượng tối ở khu vực trung tâm của chúng.
Tuy nhiên, một bằng chứng rõ ràng đòi hỏi phải loại trừ tất cả các cấu hình lỗ đen khác có thể có của nồng độ khối lượng trung tâm. Đối với điều này, bắt buộc phải xác định hình dạng của trường hấp dẫn rất gần với vật thể trung tâm - và điều này là không thể đối với các quasar ở xa do giới hạn công nghệ của các kính viễn vọng hiện có.
Trung tâm của dải ngân hà
Trung tâm của dải ngân hà của chúng ta nằm ở Sagittarius (The Archer) kết tinh ở phía nam và chỉ cách 26.000 năm ánh sáng [5]. Trên các hình ảnh có độ phân giải cao, có thể nhận ra hàng ngàn ngôi sao riêng lẻ trong khu vực trung tâm, một năm ánh sáng (điều này tương ứng với khoảng một phần tư khoảng cách đến với Pro Proimaima Centauri, ngôi sao gần hệ mặt trời nhất) .
Sử dụng chuyển động của những ngôi sao này để thăm dò trường hấp dẫn, quan sát bằng Kính viễn vọng công nghệ mới (NTT) 3,5 m tại Đài thiên văn ESO La Silla (Chile) (và sau đó là tại kính viễn vọng Keck 10 m, Hawaii, Hoa Kỳ) thập kỷ trước đã chỉ ra rằng khối lượng của Mặt trời khoảng 3 triệu lần tập trung trong bán kính chỉ 10 ngày ánh sáng [5] của đài phát thanh nhỏ gọn và nguồn tia X SgrA * (ở Sagittarius A canh) ở trung tâm của cụm sao.
Điều này có nghĩa là SgrA * là đối tác rất có thể của lỗ đen giả định, đồng thời, nó khiến Trung tâm Thiên hà trở thành bằng chứng tốt nhất cho sự tồn tại của các lỗ đen siêu lớn như vậy. Tuy nhiên, những cuộc điều tra trước đó không thể loại trừ một số cấu hình lỗ đen khác.
Sau đó, chúng tôi cần những hình ảnh sắc nét hơn để giải quyết vấn đề liệu có cấu hình nào khác ngoài lỗ đen hay không và chúng tôi đã dựa vào kính viễn vọng EST của ESO để cung cấp cho những người đó, Reinhard Genzel, Giám đốc Viện Vật lý ngoài Trái đất Max-Planck ( MPE) tại Garched gần Munich (Đức) và là thành viên của đội hiện tại. Công cụ NAOS-CONICA (NACO) mới, được xây dựng với sự hợp tác chặt chẽ giữa viện của chúng tôi, Viện Thiên văn học Max-Planck (MPIA: Heidelberg, Đức), ESO và Đài thiên văn Paris-Meudon và Grenoble (Pháp), chỉ là những gì chúng ta cần để thực hiện bước quyết định này về phía trước.
Các quan sát của NACO về trung tâm Dải Ngân hà
Thiết bị NACO mới [3] đã được lắp đặt vào cuối năm 2001 tại kính viễn vọng YEPUN VLT 8.2 m. Ngay trong các thử nghiệm ban đầu, nó đã tạo ra nhiều hình ảnh ấn tượng, một số trong đó là chủ đề của các thông cáo báo chí ESO trước đó [6].
Andreas Những quan sát đầu tiên trong năm nay với NACO đã cho chúng ta thấy ngay những hình ảnh sắc nét và 'sâu sắc nhất' nhất của Trung tâm Dải Ngân hà từng được chụp, cho thấy một số lượng lớn các ngôi sao trong khu vực đó rất chi tiết, Andreas Eckart thuộc Đại học Cologne nói. một thành viên khác của đội quốc tế do Rainer Sch? del, Thomas Ott và Reinhard Genzel đứng đầu từ MPE. Tuy nhiên, chúng tôi vẫn bị choáng ngợp bởi kết quả tuyệt vời của những dữ liệu đó!
Kết hợp hình ảnh hồng ngoại của họ với dữ liệu radio có độ phân giải cao, nhóm nghiên cứu đã có thể xác định - trong khoảng thời gian mười năm - vị trí rất chính xác của khoảng một nghìn ngôi sao ở khu vực trung tâm đối với nguồn vô tuyến nhỏ gọn SgrA *, xem Ảnh PR 23c / 02.
Khi chúng tôi đưa dữ liệu NACO mới nhất vào phân tích vào tháng 5 năm 2002, chúng tôi không thể tin vào mắt mình. Ngôi sao S2, ngôi sao gần nhất với SgrA *, vừa thực hiện một cú xoay nhanh gần nguồn phát thanh. Chúng tôi đột nhiên nhận ra rằng chúng tôi thực sự đang chứng kiến chuyển động của một ngôi sao trên quỹ đạo quanh hố đen trung tâm, khiến nó cực kỳ gần với vật thể bí ẩn đó, Thomas Ott, hiện đang làm việc trong nhóm MPE cho luận án tiến sĩ của mình .
Trong quỹ đạo xung quanh lỗ đen trung tâm
Không có sự kiện như thế này đã từng được ghi lại. Những dữ liệu độc đáo này cho thấy rõ ràng rằng S2 đang di chuyển dọc theo quỹ đạo hình elip với SgrA * tại một tiêu điểm, tức là S2 quay quanh SgrA * như Trái đất quay quanh Mặt trời, cf bảng bên phải của PR Ảnh 23c / 02.
Dữ liệu tuyệt vời cũng cho phép xác định chính xác các thông số quỹ đạo (hình dạng, kích thước, v.v.). Hóa ra S2 đã đạt được khoảng cách gần nhất với SgrA * vào mùa xuân năm 2002, lúc đó nó chỉ cách nguồn phát thanh 17 giờ ánh sáng [5], hoặc chỉ gấp 3 lần khoảng cách Sun-Pluto. Sau đó, nó đã di chuyển với tốc độ hơn 5000 km / giây, tức gần gấp hai trăm lần tốc độ của Trái đất trong quỹ đạo quanh Mặt trời. Thời kỳ quỹ đạo là 15,2 năm. Quỹ đạo khá dài - độ lệch tâm là 0,87 - chỉ ra rằng S2 cách khối trung tâm khoảng 10 ngày ánh sáng tại điểm quỹ đạo xa nhất [7].
Bây giờ chúng ta có thể chứng minh một cách chắc chắn rằng SgrA * thực sự là vị trí của khối tối trung tâm mà chúng ta biết đã tồn tại. Rainer Sch? Del, nghiên cứu sinh tại MPE và cũng là tác giả đầu tiên của bài báo kết quả cho biết, điều quan trọng hơn nữa là dữ liệu mới của chúng tôi có số lượng nhỏ trong vài triệu khối lượng trong đó.
Trên thực tế, các tính toán mô hình hiện chỉ ra rằng ước tính tốt nhất về khối lượng của Hố đen ở trung tâm Dải Ngân hà là 2,6? 0,2 triệu lần khối lượng của Mặt trời.
Không có khả năng khác
Theo phân tích chi tiết được trình bày trong bài báo Tự nhiên, các cấu hình khác có thể có trước đây, chẳng hạn như các cụm sao neutron rất nhỏ gọn, các lỗ đen kích thước sao hoặc sao khối lượng thấp, hoặc thậm chí là một quả bóng neutrino nặng giả định, giờ đây có thể được loại trừ một cách dứt khoát.
Cấu hình lỗ đen duy nhất còn tồn tại duy nhất là một ngôi sao giả thuyết gồm các hạt cơ bản nặng gọi là boson, trông rất giống với lỗ đen. Tuy nhiên, Reinhard Genzel nói, ngay cả khi một ngôi sao boson như vậy về nguyên tắc là có thể, nó sẽ nhanh chóng sụp đổ thành một lỗ đen siêu lớn, vì vậy tôi nghĩ rằng chúng ta đã nắm được khá nhiều vụ án!
Quan sát tiếp theo
Hầu hết các nhà vật lý thiên văn sẽ chấp nhận rằng dữ liệu mới cung cấp bằng chứng thuyết phục rằng một lỗ đen siêu lớn tồn tại ở trung tâm của Dải Ngân hà. Điều này thậm chí còn có khả năng giải thích lỗ đen siêu lớn cho sự tập trung khối lượng tối khổng lồ được phát hiện tại trung tâm của nhiều thiên hà khác, Alvio Renzini, Nhà khoa học Chương trình VLT tại ESO cho biết.
Vì vậy, những gì còn lại phải được thực hiện? Nhiệm vụ lớn tiếp theo bây giờ là tìm hiểu khi nào và làm thế nào những lỗ đen siêu lớn này hình thành và tại sao hầu hết mọi thiên hà khổng lồ dường như đều chứa một. Sự hình thành của các lỗ đen trung tâm và bản thân các thiên hà chủ của chúng ngày càng xuất hiện chỉ là một vấn đề và giống nhau. Thật vậy, một trong những thách thức nổi bật để VLT giải quyết trong vài năm tới.
Cũng có chút nghi ngờ rằng các quan sát giao thoa kế sắp tới với các thiết bị tại Giao thoa kế VLT (VLTI) và Kính thiên văn hai mắt lớn (LBT) cũng sẽ dẫn đến một bước nhảy vọt khác trong lĩnh vực nghiên cứu thú vị này.
Andreas Eckart rất lạc quan: Có lẽ điều đó thậm chí có thể xảy ra với các quan sát tia X và radio trong vài năm tới để trực tiếp chứng minh sự tồn tại của chân trời sự kiện.
Nguồn gốc: ESO News Release
