Надмасивна чорна діра (НЧД), імовірно, міститься в центрі Молочного Шляху та в центрах інших подібних галактик. Хоча її ніколи не бачили, однак виявили, спостерігаючи за скупченням зір поблизу центра Галактики, яке називають S-зорі.
Рухи S-зір вказували на присутність масивного об’єкта в центрі Молочного Шляху, і наукова спільнота переважно погодилася, що це є НЧД. Її називають Стрілець А*. Але деякі вчені ставлять питання, чи справді це чорна діра. І одна з S-зір могла б допомогти знайти відповідь як на це питання, так і на ще кілька інших про чорні діри.
Астрономи спостерігають і вивчають S-зорі понад 20 років. Вони зібрали точні астрометричні дані для групи зір, і вимірювання їх розташування та переміщення навколо галактичного центра показали, що там є масивний об’єкт. Одна особлива зоря в групі — її позначають S2 (або S0-2) — могла б допомогти астрономам чіткіше визначити природу цього масивного об’єкта.
У новому дослідженні ретельно вивчено поведінку S2 і поставлено потенційно незручне запитання. Дослідження має назву «What does lie at the Milky Way centre? Insights from the S2 star orbit precession» («Що лежить у центрі Молочного Шляху? Висновки з прецесії орбіти зорі S2»). Результати дослідження оприлюднені в статті, що доступна на сайті попередніх публікацій arxiv.org. Перший автор — К. Р. Арґюеллес (Carlos Raúl Argüelles) з Національного університету в Ла-Плата (Аргентина).
Питання про те, що міститься в центрі Молочного Шляху, значною мірою вирішено. Нобелівську премію з фізики 2020 року присудили трьом науковцям. Двоє з них, Андреа Гез та Рейнхард Генцель, отримали її за дослідження об’єкта в центрі Галактики. У прес-релізі Нобелівської премії йдеться: «Рейнхард Генцель та Андреа Гез виявили, що невидимий і надзвичайно масивний об’єкт керує орбітами зір у центрі нашої галактики. Єдине пояснення на сьогоднішній день — це надмасивна чорна діра».
Враження художника про орбіти трьох зір, що лежать дуже близько до надмасивної чорної діри в центрі Молочного Шляху. Фото з сайту www.universetoday.com.
Тепер виникла деяка невизначеність. Можливо, масивний об’єкт у центрі нашої галактики насправді є темною матерією. В цьому разі мають на увазі темну матерію з ферміонів. За словами авторів дослідження: «Нещодавно було показано, що як класична чорна діра Шварцшильда (ЧД), так і щільна концентрація темної матерії (ТМ) з ферміонів, розміщених в центрі Галактики, можуть пояснити точні астрометричні дані (положення та радіальні швидкості) S-зір, які обертаються навколо Sgr A*».
У цьому питанні відіграє роль ще один «космічний актор». Це не зоря, а хмара газу під назвою G2. У 2014 році G2 пройшла неподалік від центра Молочного Шляху. Астрономи вважають, що це сталося на відстані 36 світлових годин від Sgr A*. До її максимального зближення з Sgr A* астрономи моделювали, який вигляд буде мати ця зустріч. Вони вважали: чорна діра вирве газ з хмари, що спричинить помітне посилення яскравості Sgr A*, адже вона отримає порцію маси від G2. Але цього не сталося.
Це моделювання газової хмари, що проходить близько до надмасивної чорної діри в центрі Галактики, показує ситуацію в середині 2013 року. Спостереження за допомогою Дуже великого телескопа Європейської південної обсерваторії підтверджують — хмара нині така витягнута, що її передня частина пройшла найближчу точку до чорної діри і віддаляється від неї зі швидкістю понад 10 мільйонів км/год, а хвіст все ще наближається до Sgr A*. Фото з сайту www.universetoday.com.
Чому не було феєрверків, коли G2 підійшла так близько до Sgr A*? Можливо G2 — це не хмара газу. Висловлено припущення про те, що G2 складається з двох компонентів: маломасивної хмари холодного газу та запиленого зоряного об’єкта. Тож близький прохід G2 біля Sgr A* не пролив багато світла на природу об’єкта в центрі Галактики.
Повернімося, однак, назад до S2. Як зазначають автори дослідження, існують дві конкуруючі моделі, які можуть пояснити природу масивного об’єкта. І вони відрізняються в одному важливому аспекті. «Хоча сценарій за участі Шварцшильдівської ЧД передбачає унікальну пряму прецесію для S2, у сценарії з ТМ це може бути як ретроградна, так і пряма…», — пишуть вони. Буде прецесія S2 прямою чи ретроградною, залежить від кількості маси ТМ всередині орбіти S2.
Науковці зазначають: незважаючи на всі спостереження зорі S2 та всі загальнодоступні дані, дослідники все ще не можуть визначити, яка модель правильна. Але є можливість спостерігати наближення S2 до Sgr A*. Це має допомогти визначити, чорна діра чи темна матерія містяться в центрі Молочного Шляху. «... майбутні астрометричні вимірювання орбіти S2, що невдовзі має знову пройти точку апоцентра, потенційно можуть дати змогу встановити природу Sgr A* — чи це класична ЧД, чи квантова система ТМ», — пишуть вони.
Більшість матерії у Всесвіті — це темна матерія, а не звичайна речовина (баріони). Тож чи варто буде дивуватися, коли деякі з наймасивніших об’єктів у нашому світі можуть складатися не зі звичайної, а з темної матерії? Безумовно, ні. Тому підтвердження того, що Sgr A* не є чорною дірою, а масою темної матерії, було б величезною справою.
Але нам доведеться почекати і подивитися. S2 має орбітальний період 16 років, і останній найближчий підхід до Sgr A* був у 2018 році. Наступна найкраща можливість спостерігати за S2, коли вона буде проходити повз Sgr A*, — у 2034 році.
За інф. з сайту www.universetoday.com підготував Іван Крячко
