Skytten A* | |
---|---|
Stjerne | |
| |
Forskningshistorie | |
åbner | National Radio Astronomy Observatory [3] og Robert Hanbury Brown [4] |
åbningsdato | 14. februar 1974 |
Observationsdata ( Epoke J2000.0 ) |
|
Type | radiokilde |
højre opstigning | 17 t 45 m 40,05 s |
deklination | −29° 0′ 27,90″ |
Afstand |
27.00 ± 0.10 tusind St. år ( 8,827 ± 0,030 [1] kpc ) |
Konstellation | Skytten |
fysiske egenskaber | |
Vægt | (4,297 ± 0,042) 10 6 M ⊙ [1] M ⊙ |
Del fra | Galactic Center [5] |
Koder i kataloger | |
CXOGC J174540.0-290027 og [SKM2002] 28 | |
Information i databaser | |
SIMBAD | data |
Kilder: [2] | |
Oplysninger i Wikidata ? | |
Mediefiler på Wikimedia Commons |
Skytten A* ( lat. Sagittarius A*, Sgr A* ; udtales "Skytten A med en stjerne") er en kompakt radiokilde placeret i centrum af Mælkevejen , er en del af Skytten A -radiokilden . Det udsender også i infrarød, røntgen og andre områder. Det er et objekt med høj tæthed - et supermassivt sort hul [6] [7] [8] omgivet af en varm radioudsendende gassky med en diameter på omkring 1,8 pct . [9] . Afstanden til radiokilden er (27,00 ± 0,10) th . år , massen af det centrale objekt er (4,297 ± 0,042) millioner M ⊙ [1] [10] . Data fra VLBA -radioteleskopet indikerer, at det sorte hul selv tegner sig for mindst en fjerdedel af den samlede masse af Sgr A*-objektet, og resten af massen falder på stoffet, der omgiver det sorte hul, samt nabostjerner og gasskyer [11] .
Den 12. maj 2022 udgav astronomer, der observerede med Event Horizon Telescope , et foto af Skytten A*, der bekræftede, at objektet indeholder et sort hul. Dette er det andet bekræftede billede af et sort hul [12] [13] [14] .
Den 16. oktober 2002 rapporterede et internationalt forskerhold ved Max Planck Instituttet ledet af Rainer Schödel observationer af stjernen S2 's bevægelse omkring objektet Sagittarius A* over en periode på ti år. Observationer viste, at Skytten A* er et objekt med enorm masse [15] . Ved at analysere elementerne i banerne blev det først bestemt, at objektets masse er 2,6 millioner M ⊙ , denne masse er indesluttet i et volumen på højst 17 lystimer ( 120 AU ) i diameter. Efterfølgende observationer etablerede en mere nøjagtig masseværdi - 3,7 millioner M ⊙ , og en radius på højst 6,25 lystimer ( 45 AU ) [16] [17] . Til sammenligning: Pluto er 5,51 lystimer væk fra Solen. Disse observationer antydede, at Skytten A* er et sort hul.
I december 2008 offentliggjorde forskere fra Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics opdaterede data om massen af det påståede supermassive sorte hul baseret på resultaterne af observationer over 16 år [18] . Det udgjorde 4,31 ± 0,36 millioner solmasser. Reinhard Genzel , teamlederen, bemærkede, at denne undersøgelse er det bedste eksperimentelle bevis for eksistensen af supermassive sorte huller [19] . Nylige observationer med høj vinkelopløsning ved en bølgelængde på 1,3 mm viser [20] , at kildens vinkeldiameter er 37 mikrosekunder bue , hvilket på denne afstand svarer til en lineær diameter på 44 millioner km (sammenlign med perihelium af Merkur ' s kredsløb , 46 millioner km ). Da gravitationsradiusen for et objekt med massen M er R g = 2,95( M / M ⊙ ) km , er den for en given masse (12,7 ± 1,1) millioner km, og den målte kilderadius er kun det dobbelte af gravitationsradiusen af centralt objekt. Dette er i overensstemmelse med den forventede eksistens af en udstrålende tilvækstskive omkring et sort hul. Uafhængigt kom en gruppe videnskabsmænd ledet af Andrea Ghez , som lavede observationer ved Keck Observatory , til de samme konklusioner . I 2020 blev Genzel og Ghez tildelt Nobelprisen for opdagelsen af dette objekt .
Karakteren af stjerners bevægelse i nærheden af Sgr A* viser, at det sorte hul enten slet ikke roterer eller gør det meget langsomt [21] [22] .
For 2021 blev de mest nøjagtige målinger af objektets masse foretaget af GRAVITY-samarbejdet, som studerede bevægelsen af stjerner i S-hoben ( S2 , S29, S38, S55) i det infrarøde . Nøjagtig måling af orbitalparametre gjorde det muligt at estimere massen af det centrale legeme med høj nøjagtighed. Hun er ligeværdig
I lang tid var centrum af vores galakse, hvis omtrentlige position (stjernebilledet Skytten) var kendt fra optiske observationer, ikke forbundet med noget kompakt astronomisk objekt.
I 1931 udførte Karl Jansky eksperimenter , der betragtes som begyndelsen på radioastronomi (se Radioastronomiens historie ). På det tidspunkt arbejdede Jansky som radioingeniør på Bell Telephone Labs teststed . Han fik til opgave at undersøge retningen for ankomsten af lynstøj . For at gøre dette byggede Karl Jansky en lodret polariseret ensrettet antenne som Bruces lærred. Arbejdet blev udført på en bølge på 14,6 m (20,5 MHz ) [23] . I december 1932 præsenterede Jansky de første resultater opnået med hans opsætning [24] . Det blev rapporteret om opdagelsen af "... et konstant sus af ukendt oprindelse." Jansky hævdede, at denne interferens forårsager "et sus i hovedtelefonerne, som er svært at skelne fra susen forårsaget af støjen fra selve udstyret. Ankomstretningen af hvæsende interferens ændrer sig gradvist i løbet af dagen, hvilket gør en fuldstændig rotation på 24 timer. Baseret på 24-timers effekten foreslog Jansky, at den nye interferenskilde kunne relateres til Solen i et vist omfang . I sine næste to artikler, i oktober 1933 og oktober 1935 , kommer Karl Jansky gradvist til den konklusion, at kilden til hans nye interferens er det centrale område af vores galakse [25] . Desuden opnås den største respons, når antennen er rettet mod Mælkevejens centrum [26] . Jansky erkendte, at fremskridt inden for radioastronomi ville kræve større, skarpere antenner, der let kunne orienteres i forskellige retninger. Han foreslog selv designet af en parabolantenne med et spejl på 30,5 m i diameter til drift ved meterbølger. Hans forslag fik dog ikke støtte i USA [23] .
I 1937 blev det første radioteleskop med et parabolsk spejl bygget af Grote Reber , en radioamatør fra Whitton ( USA , Illinois ). Radioteleskopet var placeret i baghaven til Grouts forældres hus, havde en parabolsk form og en antennediameter på omkring 9 meter. Ved hjælp af instrumentet byggede Grout et radiohimmelkort, som tydeligt viser de centrale områder af Mælkevejen og de lyse radiokilder Cygnus A ( Cyg A ) og Cassiopeia A ( Cas A ) [27] .
I 1960 konstaterede Jan Oort og G. Rogur, at der i umiddelbar nærhed (mindre end 0,03°) af det galaktiske centrum er en radiokilde Sagittarius A (Sgr A) [28] . I 1966 kom D. Downes og A. Maxwell, der opsummerede data fra radioobservationer i decimeter- og centimeterområdet, til den konklusion, at den lille kerne af galaksen er et objekt med en diameter på 10 pct. forbundet med Skytten-A-kilden [29] .
I begyndelsen af 1970'erne var det, takket være observationer i radiobølgeområdet, kendt, at Sagittarius-A-radiokilden har en kompleks rumlig struktur. I 1971 fandt Downes og Martin, mens de observerede med Cambridge Radio Telescope med en basislinje på 1,6 km ved frekvenser på 2,7 og 5 GHz med opløsninger på henholdsvis 11″ og 6″, at radiokilden består af to diffuse skyer placeret kl. en afstand på 1′ fra hinanden: den østlige del (Sgr A) udsender et ikke- termisk radiobølgespektrum , og den vestlige del (Sgr A*) er en radioemitterende sky af varm ioniseret gas med en diameter på omkring 45 ″ (1,8 pct.) [9] . I 1974 udførte B. Balik og S. Sanders kortlægning af Sagittarius-A-radiokilden ved frekvenser på 2,7 og 8,1 GHz med en opløsning på 2″ på 43-meters radioteleskop af National Radio Astronomy Observatory (NRAO) [ 30] . Begge radiokilder viste sig at være kompakte formationer mindre end 10″ i diameter ( 0,4 pct .) omgivet af skyer af varm gas. Billedet af Skytten A* i brintspektrallinjen (1,3 mm rekombinationslinje H30α), opnået ved brug af ALMA -radioteleskopkomplekset , gjorde det muligt at bestemme, at dens tilvækstskive roterer. Massen af tilvækstskiven kan være 0,00001–0,0001 M ⊙ , og materialefaldshastigheden kan være 2,7×10 −10 M ⊙ om året [31] [32] .
Indtil slutningen af 1960'erne var der ingen effektive værktøjer til at studere de centrale områder af galaksen, da tætte skyer af kosmisk støv, der dækker den galaktiske kerne fra observatøren, fuldstændig absorberer den synlige stråling, der kommer fra kernen og komplicerer arbejdet betydeligt i radiorækkevidden.
Situationen har ændret sig radikalt på grund af udviklingen af infrarød astronomi, hvor kosmisk støv er praktisk talt gennemsigtigt. Tilbage i 1947 scannede Stebbins og A. Whitford ved hjælp af en fotoelektrisk celle den galaktiske ækvator ved en bølgelængde på 1,03 μm , men detekterede ikke en diskret infrarød kilde [33] . VI Moroz i 1961 udførte en lignende scanning af kvartererne i Sgr A ved en bølgelængde på 1,7 μm og mislykkedes også [34] . I 1966 scannede E. Böcklin Sgr A-området i området 2,0-2,4 µm og opdagede for første gang en kilde, der i position og størrelse svarede til radiokilden Sagittarius-A. I 1968 scannede E. Böcklin og G. Neugebauer for bølgelængder på 1,65, 2,2 og 3,4 μm med en opløsning på 0,08-1,8 " og opdagede et objekt med kompleks struktur, bestående af en hovedinfrarød kilde med en diameter på 5 ′, en kompakt objekt inde i det, et udvidet baggrundsområde og flere kompakte stjernelignende kilder i umiddelbar nærhed af hovedkilden [35] .
I midten af 1970'erne begyndte forskningen i de dynamiske egenskaber ved observerede objekter. I 1976 undersøgte E. Wollman ved hjælp af spektrale metoder (emissionslinjen af enkelt ioniseret neon Ne II med en bølgelængde på 12,8 μm ) hastigheden af gasser i et område med en diameter på 0,8 pct . omkring det galaktiske centrum. Observationer har vist symmetrisk gasbevægelse med hastigheder på omkring 75 km/s . Ud fra de opnåede data gjorde Wollman et af de første forsøg på at estimere massen af et objekt, formodentlig placeret i centrum af galaksen. Den øvre massegrænse, som han opnåede, viste sig at være 4⋅10 6 M ⊙ [36] .
En yderligere stigning i teleskopernes opløsning gjorde det muligt at udskille flere kompakte infrarøde kilder i gasskyen, der omgiver galaksens centrum. I 1975 kompilerede E. Böcklin og G. Neugebauer et infrarødt kort over galaksens centrum for bølgelængder på 2,2 og 10 μm med en opløsning på 2,5″, hvorpå 20 isolerede kilder blev identificeret, kaldet IRS1-IRS20 [37] . Fire af dem (1, 2, 3, 5) faldt positionelt sammen med komponenterne i Sgr A -radiokilden kendt fra radioobservationer . Karakteren af de isolerede kilder har været diskuteret i lang tid. En af dem ( IRS 7 ) er blevet identificeret som en ung supergigantisk stjerne, og flere andre som unge kæmper. IRS 16 viste sig at være en meget tæt (10 6 M ⊙ pr. pc 3 ) klynge af kæmpestjerner og dværge. De resterende kilder var formentlig kompakte H II- skyer og planetariske tåger, hvoraf nogle indeholdt stjernekomponenter [38] . Den langsgående hastighed af individuelle kilder var inden for ±260 km/s , diameteren var 0,1-0,45 pct ., massen var 0,1-10 M⊙ , og afstanden fra centrum af galaksen var 0,05-1,6 pct . Massen af det centrale objekt blev estimeret til 3⋅10 6 M ⊙ , det samme var rækkefølgen af massen fordelt i området med en radius på 1 pc omkring midten. Da den sandsynlige fejl i beregningen af masserne var af samme størrelsesorden, blev muligheden for fravær af et centralt legeme tilladt, mens massen fordelt inden for en radius på 1 pc blev estimeret til 0,8–1,6⋅10 7 M ⊙ [39] .
Det næste årti var præget af en gradvis stigning i opløsningen af optiske instrumenter og opdagelsen af en stadig mere detaljeret struktur af infrarøde kilder. I 1985 blev det klart, at den mest sandsynlige placering af det centrale sorte hul er kilden udpeget som IRS 16 . To kraftige strømme af ioniseret gas blev også detekteret, hvoraf den ene roterede i en cirkulær bane i en afstand af 1,7 pct. fra centrum af galaksen, og den anden i en parabolsk i en afstand af 0,5 pct . Massen af det centrale legeme, beregnet ud fra hastigheden af disse strømme, var 4,7⋅10 6 M ⊙ for det første flow og 3,5⋅10 6 M ⊙ for det andet [40] .
I 1991 blev SHARP I infrarød array-detektoren sat i drift ved det 3,5 meter lange teleskop af European Southern Observatory (ESO) i La Silla (Chile). Et kamera med en rækkevidde på 1-2,5 μm gav en opløsning på 50 μs pr. pixel af matrixen. Derudover blev der installeret et 3D-spektrometer på det 2,2 meter lange teleskop på samme observatorium.
Med fremkomsten af højopløselige infrarøde detektorer blev det muligt at observere individuelle stjerner i de centrale områder af galaksen. En undersøgelse af deres spektrale karakteristika viste, at de fleste af dem tilhører unge stjerner, der er flere millioner år gamle. I modsætning til tidligere accepterede synspunkter blev det fundet, at processen med stjernedannelse aktivt foregår i nærheden af et supermassivt sort hul. Det menes, at kilden til gas til denne proces er to flade gasringe, der blev opdaget i midten af galaksen i 1980'erne. Imidlertid er den indre diameter af disse ringe for stor til at forklare processen med stjernedannelse i umiddelbar nærhed af det sorte hul. Stjerner inden for en radius på 1″ fra det sorte hul (de såkaldte " S-stjerner ") har en tilfældig retning af orbital momentum, som modsiger det tilvækstscenarie for deres oprindelse. Det antages, at disse er varme kerner af røde kæmper , der blev dannet i de fjerne egne af galaksen, og derefter migrerede til den centrale zone, hvor deres ydre skaller blev revet af af tidevandskræfterne fra det sorte hul [41] .
I 1996 var mere end 600 stjerner kendt i et område omkring en parsec (25″) i diameter omkring Sagittarius A*-radiokilden, og for 220 af dem blev radiale hastigheder bestemt pålideligt. Estimatet af massen af det centrale legeme var 2–3⋅10 6 M ⊙ , radius var 0,2 sv. år .
I oktober 2009 nåede opløsningen af infrarøde detektorer 0,0003″ (hvilket svarer til 2,5 AU i en afstand på 8 kpc). Antallet af stjerner inden for 1 pc af galaksens centrum, for hvilke bevægelsesparametrene er blevet målt, har oversteget 6000 [42] .
Nøjagtige kredsløb er blevet beregnet for de 28 stjerner nærmest galaksens centrum, hvoraf den mest interessante er stjernen S2 . I observationsperioden (1992-2021) lavede den næsten to komplette omdrejninger rundt om det sorte hul, hvilket gjorde det muligt at estimere parametrene for dets kredsløb med stor nøjagtighed. Omløbsperioden for S2 er 15,8 ± 0,11 år , kredsløbets semi-hovedakse er 0,12495′′ ± 0,00004′′ ( 1000 AU ), excentriciteten er 0,88441 0,88441 , den maksimale tilgang til 0,06. 014443′′ eller 119,54 a. e. [1] [10] Banerne for S2 og andre S-klyngestjerner (S29, S38, S55) viste sig at være tæt på Kepler-baner, selvom der også observeres relativistiske korrektioner (især Schwarzschilds direkte præcession af kredsløb). Den retrograde (Newtonske) præcession af banerne, som ville være til stede i nærværelse af en tilstrækkelig stor fordelt masse nær pericentrene, observeres ikke; det betyder, at næsten al den masse, der påvirker stjernernes bevægelse, er koncentreret i midten. Målingerne udelukker (med en signifikans på 3σ) eksistensen af en fordelt masse større end 7500 M ⊙ inde i S2-kredsløbet [1] . Nøjagtig måling af orbitalparametre gjorde det muligt at estimere massen af det centrale legeme med høj nøjagtighed. Ifølge de seneste skøn (2021) er det lig med
med en statistisk fejl på 0,012 millioner solmasser og en systematisk fejl på 0,04 millioner M ⊙ [1] .
Bidraget til fejlene kommer især ved fejl ved måling af afstanden fra Solen til Skytten A*; de mest nøjagtige moderne skøn over denne afstand giver [1]
pc .Gravitationsradiusen af et sort hul med en masse på 4⋅10 6 solmasser er cirka 12 millioner km , eller 0,08 AU. Det vil sige 1400 gange mindre end den nærmeste afstand, som stjernen S2 nærmede sig det centrale legeme. Men blandt forskere er der praktisk talt ingen tvivl om, at det centrale objekt ikke er en klynge af stjerner med lav lysstyrke, neutronstjerner eller sorte huller, da de, der er koncentreret i så lille et volumen, uundgåeligt ville smelte sammen på kort tid til en enkelt supermassiv genstand, som ikke kan være noget andet bortset fra det sorte hul.
I november 2004 blev en hob på syv stjerner opdaget, som kredser i en afstand af 3 lysår omkring objektet Skytten A*. Det kan repræsentere kernen af en tidligere massiv stjernehob, der blev ødelagt af tidevandskræfter [43] [44] . Disse stjerners bevægelse i forhold til hinanden viser, at et sort hul med mellemmasse M = 1300 M⊙ er på vej ind i hoben .
Også af en vis interesse er observationer af stjernen S62 . S62 kommer så tæt på SMBH, at den accelererer til omkring 10% af lysets hastighed. En artikel, der beskriver parametrene for stjernen S62, blev offentliggjort i begyndelsen af 2020 [45] [46] .
Forskere fra FIAN Astrospace Center arbejder sammen med forskere fra University of California i Santa Barbara og fra Harvard-Smithsonian Astrophysical Center på at øge vinkelopløsningen af elementerne i Sagittarius A*-objektet som en del af det internationale Radioastron- projekt [47] . Baseret på resultaterne af at studere pulsarer ved hjælp af Radioastron, blev det forudsagt, at ved radiobølgelængder på 1,3 centimeter kan det mest følsomme jord-rum radiointerferometer Radioastron se inhomogeniteter så små som 300 kilometer i størrelse (i mediet omkring et sort hul). Sådanne inhomogeniteter kan skabe spor på omkring 1 milliontedel af et buesekund (μas) i størrelse på gas- og støv-"skærmen", som er den begrænsende opløsning af jord-rum-systemet, som består af et orbitalt 10 meter radioteleskop på Spektr-R rumfartøjet, adskillige radioobservatorier fra VLBA og ultrapræcis 100 meter radioteleskop Green Bank (USA) [48] . Resultaterne af observationer bekræftede opløsningen og viste tilstedeværelsen af sådanne inhomogeniteter. Den næste observation af Sagittarius A* er planlagt til marts 2015, hvilket vil give et billede med endnu flere detaljer.
Observationer ved Integral rumobservatoriet ( European Space Agency ) udført af et russisk hold af astronomer ledet af Mikhail Revnivtsev viser, at den gigantiske molekylære sky Sgr B2 nær Sgr A* er en kilde til hårde røntgenstråler, hvilket kan forklares med den seneste høje lysstyrke Sgr A* [49] . Dette betyder, at Sgr A* i den meget nylige fortid (for 300-400 år siden) kunne have været en typisk aktiv galaktisk kerne med lav lysstyrke ( L ≈ 1,5⋅10 39 erg/s i 2-200 keV -området ), som, dog en million gange højere end den moderne lysstyrke [50] . Denne konklusion blev bekræftet i 2011 af japanske astronomer fra Kyoto Universitet [51] .
GRAVITY-modtageren på Very Large Telescope (VLT) detekterede infrarød stråling udsendt af højenergielektroner i umiddelbar nærhed af det massive objekt Sagittarius A*. Tilsyneladende er årsagen til de tre usædvanligt lyse blink de magnetiske vekselvirkninger af stof placeret i meget tæt afstand fra begivenhedshorisonten af et supermassivt sort hul og roterer omkring det med en hastighed svarende til 30 % af lysets hastighed [52] .
Gasskyen G2, opdaget i 2002 [53] , med en masse på omkring tre Jorder, bevæger sig mod tilvækstzonen Sgr A* (fra 2012) [54] . Ifølge kredsløbsberegninger skulle den ved udgangen af 2013 have nået periapsis , 3000 begivenhedshorisontradier fra det sorte hul (ca. 260 AU, 36 lystimer). Der var forskellige meninger om den videre udvikling af begivenheder, da interaktionen mellem G2 og Sgr A * er dårligt forudsagt, men G2 undgik at falde i et sort hul, og mange forskere betragter det ikke som en gassky [55] . Krænkelser af integriteten af G2-strukturen er blevet observeret siden 2009 [54] , og muligheden for dens fuldstændige ødelæggelse blev ikke udelukket. Akkretionen af G2 på Sgr A* kan føre til intens røntgenstråling og anden stråling fra det sorte hul inden for få årtier. Ifølge andre antagelser gemmer sig en svag stjerne eller endda et sort hul, så stor som en stjerne, inde i skyen, hvilket vil øge modstanden mod tidevandskræfterne fra Sgr A *, og skyen burde passere uden nogen konsekvenser [ 53] . Det antages også [56] at skyen kan indgå i interaktion med det nærmeste miljø i det sorte hul og populationen af neutronstjerner, som menes at kredse om det galaktiske centrum, hvilket kan give yderligere information om denne region [57] .
Intensiteten af tilvækst på Sgr A* er uforklarligt lav for et sort hul af denne masse [58] og kan kun detekteres på grund af dets relative nærhed til os. Passagen af G2 nær Sgr A* vil give videnskabsfolk en chance for at lære en masse om ophobning af stof i supermassive sorte huller. Processen vil blive overvåget af orbitalobservatorierne Chandra , XMM-Newton , Integral , Swift , GLAST og det jordbaserede Very Large Array . Bekræftelse af deltagelse af Very Large Telescope og Keck Observatory [59] forventes . Passagen bliver simuleret af ESO og LLNL . Konstant overvågning af Sgr A * udføres af Swift: link til siden .
Mark Morris og kolleger fra University of California i Los Angeles (USA) ved hjælp af instrumenterne fra Keck Observatory opdagede i nærheden af Sgr A * yderligere tre strukturer, der ligner G1 og G2 - G3, G4 og G5. Formentlig er sådanne objekter født som et resultat af sammensmeltningen af binære stjerner, der har nærmet sig en farlig afstand fra et sort hul. Den dannede stjerne "svulmer" kraftigt og forbliver det i flere millioner år, indtil den afkøles og bliver til en normal stjerne [60] .
Ordbøger og encyklopædier | |
---|---|
I bibliografiske kataloger |
Mælkevejen | |||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Position | Mælkevejen → Mælkevejens undergruppe → Lokal gruppe → Lokal superklynge af galakser → Laniakea → Fiskene-Cetus superklyngekompleks → Observerbart univers → Universe | ||||||||
galakse kerne | |||||||||
Ærmer |
| ||||||||
Satellitgalakser |
|