Надчутливий приймач Європейської південної обсерваторії (European Southern Observatory, ESO) GRAVITY дав змогу отримати додаткові докази стосовно давнього припущення про те, що в центрі нашої галактики Молочний Шлях лежить надмасивна чорна діра. Нові спостереження показують ― скупчення газу рухаються з швидкістю приблизно в 30% від швидкості світла по коловій орбіті одразу за межею її горизонту події. Це перше в історії спостереження речовини так близько від «точки неповернення» й найдокладніші на тепер спостереження об’єктів, що рухаються навколо чорної діри на такій близькій відстані від неї.
Науковці консорціуму європейських інститутів, зокрема з ESO [1], застосували приймач GRAVITY на Дуже великому телескопі (Very Large Telescope, VLT) в режимі інтерферометра для спостережень спалахів інфрачервоного випромінювання, що надходять від акреційного диска навколо Стрільця A*, масивного об’єкта в центрі Молочного Шляху. Ці спостереження підтвердили давні припущення про те, що в «серці» нашої галактики міститься надмасивна чорна діра. Джерелом спалахів є речовина, яка рухається дуже близько до горизонту подій чорної діри. Отже, це найдокладніші досі спостереження речовини, що обертається навколо чорної діри на близькій відстані.
Хоча більша частина речовини акреційного диска — поясу з газу навколо Стрільця A*, який обертається з релятивістською швидкістю [2], — залишається на своїй орбіті, але те, що підходить занадто близько до чорної діри, приречене. Така речовина потрапить під горизонт подій. Найближчу відстань до чорної діри, де речовина може не «зважати» на її нестримний гравітаційний потяг, називають внутрішньою стабільною орбітою. Якраз звідти й спостерігали спалахи.
«Це неймовірно, щоб побачити, як речовина обертається навколо масивної чорної діри зі швидкістю в 30% швидкості світла», — дивується Олівер Пфул (Oliver Pfuhl), науковець з Інституту позаземної фізики імені Макса Планка (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, MPE). «Величезна чутливість GRAVITY дозволила нам спостерігати процеси акреції в режимі реального часу з безпрецедентними подробицями».
Центральна частина нашої галактики Молочний Шлях, яку спостерігали в ближньому інфрачервоному діапазоні з приймачем NACO на Дуже великому телескопі ESO. Астрономи змогли визначити масу супермасивної чорної діри, яка міститься там, зважаючи на реєстрацію протягом понад 16 років особливостей руху найближчих до неї зір. Фото з сайту www.eso.org.
Ці спостереження уможливило міжнародне співробітництво та найсучасніші прилади [3]. Приймач GRAVITY, який дав змогу виконати дослідження, збирає одночасно світло з чотирьох телескопів VLT ESO. В такий спосіб вдається створити віртуальний супертелескоп діаметром 130 метрів. Його й застосували для дослідження природи об’єкта Стрілець A*.
Цього року, але раніше, та сама група дослідників з допомогою GRAVITY та SINFONI (інший приймач, встановлений на VLT) змогла з високою точністю виміряти координати зорі S2, коли вона проходила крізь потужне гравітаційне поле поблизу Стрільця A*. Тоді вперше вдалося виявити ефекти, передбачені загальною теорією відносності Айнштайна в такому екстремальному середовищі. Під час близького проходження S2 повз чорну діру також спостерігали сильне інфрачервоне випромінювання.
Це ширококутне зображення у видимому світлі показує щільні зоряні скупчення в сузір’ї Стрільця в напрямку на центр нашої галактики Молочний Шлях. Вся світлина заповнена величезною кількістю зір, але ще більшу їх кількість приховують хмари пилу й тому виявити такі зорі можна лише в інфрачервоних променях. Це зображення створено шляхом об’єднання окремих фотографій в червоному та синьому світлі з Цифрового огляду неба 2 (Digitized Sky Survey 2). Розмір поля зору становить приблизно 3,5 на 3,6 градусів. Фото з сайту www.eso.org.
«Ми уважно стежили за S2, і, звісно, постійно стежимо за Стрільцем A*», — сказав Пфул. «Під час спостережень нам пощастило помітити три яскраві спалахи навколо чорної діри — це було щасливим збігом!»
Випромінювання від високоенергетичних електронів, що містяться дуже близько до чорної діри, спостерігали як три дуже яскраві спалахи. Його характеристики відповідають теоретичним прогнозам для гарячих плям з масою чотири мільйони сонячних мас [4], які рухаються поблизу чорної діри. Припускають, спалахи спричиняє магнітна взаємодія в дуже гарячому газі, що рухається на близькій відстані від Стрільця A*.
Рейнхард Ґензель (Reinhard Genzel) з Інституту позаземної фізики імені Макса Планка в Ґархінзі (Німеччина), який очолював дослідження, пояснив: «Це один з наших проектів-мрій, але ми не сподівалися, що це стане можливим так скоро». Зважаючи на давнє припущення, що Стрілець A* — надмасивна чорна діра, Ґензель дійшов висновку: «результат є яскравим підтвердженням парадигми про чорну діру».
Примітки
[1] Дослідження виконали науковці з Інституту позаземної фізики імені Макса Планка, Паризької обсерваторії, Альпійського університету в Греноблі, CNRS, Інституту астрономії імені Макса Планка, Кельнського університету, Португальського центру астрофізики і гравітації — CENTRA та ESO.
[2] Релятивістська швидкість — це такі високі швидкості, що стають помітними ефекти, передбачені теорією відносності Айнштайна. В акреційному диску навколо Стрільця A* швидкість газу становить приблизно 30% від швидкості світла.
[3] Приймач GRAVITY створила колаборація в складі Інституту позаземної фізики імені Макса Планка (Німеччина), LESIA (Паризька обсерваторія — PSL/CNRS/Університет Сорбонни/ Університет Дідро в Парижі) та IPAG (Альпійський університет в Греноблі/CNRS — Франція), Інституту астрономії імені Макса Планка (Німеччина), Кельнського університету (Німеччина), Центру астрофізики та гравітації CENTRA (Португалія) і ESO.
[4] Сонячна маса — одиниця маси, яку використовують в астрономії. Вона дорівнює масі найближчої до нас зорі, Сонця, і має значення 1,989 × 1030 кг. Це означає, що маса Sgr A* в 1,3 трильйона разів більша, ніж маса Землі.
За інф. з сайту www.eso.org підготував Іван Крячко
