Střelec A* -Sagittarius A*

z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Střelec A*
EHT Saggitarius Černá díra.tif
Sagittarius A* zachycený dalekohledem Event Horizon Telescope v roce 2017, vydaný v roce 2022
Údaje z pozorování
Epocha J2000 Equinox J2000
Souhvězdí Střelec
Rektascenze 17 h 45 m 40,0409 s
Deklinace −29° 0′ 28,118″
Podrobnosti
Hmotnost 8,26 × 10 36 kg
(4,154 ± 0,014 ) × 106 M
Astrometrie
Vzdálenost 26 673 ± 42 ly
(8 178 ± 13 ks )
Reference databáze
SIMBAD data

Sagittarius A* ( / ˈ eɪ s t ɑːr / hvězda AY ), zkráceně Sgr A* ( / ˈ s æ ˈ eɪ s t ɑːr / hvězda SAJ AY ) je supermasivní černá díra v galaktickém středu Mléčné dráhy . Nachází se poblíž hranice souhvězdí Střelce a Štíra, asi 5,6° jižně od ekliptiky, vizuálně blízko Hvězdokupy motýlů (M6) a Lambda Scorpii .

Objekt je jasný a velmi kompaktní astronomický rádiový zdroj . Název Sagittarius A* vyplývá z historických důvodů. V roce 1954 John D. Kraus, Hsien-Ching Ko a Sean Matt uvedli rádiové zdroje, které identifikovali s radioteleskopem Ohio State University na 250 MHz. Zdroje byly uspořádány podle souhvězdí a písmeno k nim přiřazené bylo libovolné, přičemž A označovalo nejjasnější rádiový zdroj v souhvězdí. Hvězdička * je proto, že její objev byl považován za „vzrušující“, souběžně s názvoslovím pro atomy v excitovaném stavu, kteréou označeny hvězdičkou (např. excitovaný stav helia by byl He*). Hvězdička byla přiřazena v roce 1982 Robertem L. Brownem, který pochopil, že nilnější rádiová emise ze středu galaxie se zdá být způsobena kompaktním netermálním rádiovým objektem.

Pozorování několika hvězd obíhajících Sagittarius A*, zejména hvězdy S2, byla použita k určení hmotnosti a horních limitů poloměru objektu. Na základě hmotnostních a stále přesnějších limitů poloměru astronomové usoudili, že Sagittarius A* musí být centrální supermasivní černá díra Mléčné dráhy. Současná hodnota jeho hmotnosti je 4,154 ± 0,014 milionu hmotností Slunce .

Reinhard Genzel a Andrea Ghez byli oceněni Nobelovou cenou za fyziku za rok 2020 za objev, že Sagittarius A* je supermasivní kompaktní objekt, pro který byla v té době jediným přijatelným vysvětlením černá díra .

Dne 12. května 2022 astronomové pomocí dalekohledu Event Horizon Telescope zveřejnili snímek Sagittarius A* vytvořený pomocí dat z rádiových pozorování v dubnu 2017, což potvrdilo, že objekt je černou dírou. Toto je druhý potvrzený snímek černé díry po supermasivní černé díře Messier 87 v roce 2019.

Pozorování a popis

Pozorování ALMA oblaků plynu bohatých na molekulární vodík, s oblastí kolem Sagittarius A* v kroužku

12. května 2022 teleskop Event Horizon Telescope poprvé zveřejnil fotografii Sagittarius A* založenou na přímých rádiových snímcích pořízených v roce 2017 a potvrzující, že objekt obsahuje černou díru. Toto je druhý obrázek černé díry. Zpracování tohoto obrázku zabralo pět let výpočtů s využitím techniky vrstvení obrázků. Jejich výsledek dává celkovou úhlovou velikost zdroje51,8 ± 2,3 μas ). Ve vzdálenosti 26 000 světelných let (8 000 parseků ) to dává průměr 51,8 milionů kilometrů (32,2 milionů mil). Pro srovnání, Země je od Slunce vzdálena 150 milionů kilometrů (1,0 astronomická jednotka ; 93 milionů mil ) a Merkur je 46 milionů km (0,31 AU; 29 milionů mi) od Slunce v perihéliu . Vlastní pohyb Sgr A* je přibližně -2,70 mas za rok pro rektascenci a -5,6 mas za rok pro deklinaci . Měření těchto černých děr dalekohledem testovalo Einsteinovu teorii relativity přísněji, než tomu bylo dříve, a výsledky se dokonale shodují.

V roce 2019 měření provedená pomocí Airborne Wideband Camera-Plus (HAWC+) s vysokým rozlišením namontovaným v letadle SOFIA odhalila, že magnetická pole způsobují okolní prstenec plynu a prachu, jehož teploty se pohybují od -280 do 17 500 °F (99,8 až 9 977,6 K; −173,3 až 9 704,4 °C), aby proudila na oběžnou dráhu kolem Sagittarius A* a udržela emise černých děr na nízké úrovni.

Astronomové nebyli schopni pozorovat Sgr A* v optickém spektru kvůli účinku 25 magnitud extinkce prachem a plynem mezi zdrojem a Zemí.

Dějiny

Karl Jansky, považovaný za otce radioastronomie, v dubnu 1933 zjistil, že rádiový signál přichází z místa ve směru souhvězdí Střelce, směrem do středu Mléčné dráhy. Rádiový zdroj později vešel ve známost jako Sagittarius A . Jeho pozorování nezasahovalo tak daleko na jih, jak nyní víme, že je to Galaktický střed. Pozorování Jacka Piddingtona a Harryho Minnetta pomocí radioteleskopu CSIRO na přehradě Potts Hill v Sydney objevili diskrétní a jasný rádiový zdroj „Sagittarius-Scorpius“, který po dalším pozorování 80stopým (24metrovým) radioteleskopem CSIRO v Dover Heights byl v dopise přírodě identifikován jako pravděpodobný galaktický střed.

Pozdější pozorování ukázala, že Sagittarius A se ve skutečnosti skládá z několika překrývajících se dílčích složek; jasná a velmi kompaktní složka, Sgr A*, byla objevena 13. a 15. února 1974 astronomy Brucem Balickem a Robertem Brownem pomocí základního interferometru National Radio Astronomy Observatory . Jméno Sgr A* vymyslel Brown v novinách z roku 1982, protože rádiový zdroj byl „vzrušující“ a excitované stavy atomůou označeny hvězdičkami.

Detekce neobvykle jasného rentgenového záblesku z Sgr A*

Od 80. let 20. století je zřejmé, že centrální složkou Sgr A* je pravděpodobně černá díra. V roce 1994 studie infračervené a submilimetrové spektroskopie provedené týmem z Berkeley zahrnujícím laureáta Nobelovy ceny Charlese H. Townese a budoucího nositele Nobelovy ceny Reinharda Genzela ukázaly, že hmotnost Sgr A* byla pevně koncentrovaná a řádově 3 miliony Sluncí.

16. října 2002 ohlásil mezinárodní tým vedený Reinhardem Genzelem z Institutu Maxe Plancka pro mimozemskou fyziku pozorování pohybu hvězdy S2 poblíž Sagittarius A* po dobu deseti let. Podle analýzy týmu data vyloučila možnost, že by Sgr A* obsahoval shluk temných hvězdných objektů nebo masu degenerovaných fermionů, což posílilo důkazy o masivní černé díře. Pozorování S2 využívala blízkou infračervenou (NIR) interferometrii (v Ks-pásmu, tj. 2,1 μm ) kvůli sníženému mezihvězdnému zániku v tomto pásmu. SiO masery byly použity pro srovnání NIR snímků s rádiovými pozorováními, protože je lze pozorovat v NIR i rádiových pásmech. Rychlý pohyb S2 (a dalších blízkých hvězd) snadno vynikl proti pomaleji se pohybujícím hvězdám podél přímky viditelnosti, takže je bylo možné ze snímků odečíst.

Prašný oblak G2 míjí supermasivní černou díru ve středu Mléčné dráhy

Rádiová pozorování VLBI Sagittarius A* mohla být také centrálně zarovnána s NIR snímky, takže bylo zjištěno, že ohnisko eliptické oběžné dráhy S2 se shoduje s pozicí Sagittarius A*. Na základě zkoumání keplerianské dráhy S2 určili hmotnost Sagittarius A*4,1 ± 0,6 milionu slunečních hmot, omezených v objemu s poloměrem ne větším než 17 světelných hodin (120 AU [18 miliard km ; 11 miliard mil ]). Pozdější pozorování hvězdy S14 ukázala, že hmotnost objektu je asi 4,1 milionu slunečních hmot v objemu s poloměrem ne větším než 6,25 světelných hodin (45 AU [6,7 miliardy km; 4,2 miliardy mil]). S175 prošel v podobné vzdálenosti. Pro srovnání, Schwarzschildův poloměr je 0,08 AU (12 milionů km; 7,4 milionů mil). Také určili vzdálenost od Země ke galaktickému středu (rotačnímu středu Mléčné dráhy), což je důležité při kalibraci astronomických měřítek vzdálenosti, jako 8 000 ± 600 parseků (30 000 ± 2 000 světelných let ). V listopadu 2004 oznámil tým astronomů objev potenciální černé díry střední hmotnosti, označované jako GCIRS 13E, obíhající 3 světelné roky od Sagittarius A*. Tato černá díra o hmotnosti 1300 slunečních hmotností se nachází v kupě sedmi hvězd. Toto pozorování může podpořit myšlenku, že supermasivní černé díry rostou pohlcováním blízkých menších černých děr a hvězd.

Po 16 letech sledování hvězdných drah kolem Sagittarius A* Gillessen et al. odhadl hmotnost objektu na4,31 ± 0,38 milionu hmotností Slunce. Výsledek byl oznámen v roce 2008 a publikován v The Astrophysical Journal v roce 2009. Reinhard Genzel, vedoucí týmu výzkumu, řekl, že studie přinesla „co je nyní považováno za nejlepší empirický důkaz, že supermasivní černé díry skutečně existují. oběžné dráhy v galaktickém centru ukazují, že centrální hmotnostní koncentrace čtyř milionů slunečních hmot musí být bez jakékoli rozumné pochybnosti černá díra."

Dne 5. ledna 2015 NASA oznámila pozorování rentgenové erupce 400krát jasnější než obvykle, což je rekordman, od Sgr A*. Neobvyklá událost mohla být podle astronomů způsobena rozpadem asteroidu padajícího do černé díry nebo propletením siločar magnetického pole v plynu proudícím do Sgr A*.

Dne 13. května 2019 byli astronomové používající observatoř Keck svědky náhlého zjasnění Sgr A*, které se stalo 75krát jasnějším než obvykle, což naznačuje, že supermasivní černá díra mohla narazit na jiný objekt.

Vyvržení zbytku supernovy produkující materiál tvořící planetu

Centrální černá díra

NuSTAR zachytil tyto první, soustředěné pohledy na supermasivní černou díru v srdci Mléčné dráhy ve vysokoenergetickém rentgenovém záření.

V článku zveřejněném 31. října 2018 byl oznámen objev přesvědčivého důkazu, že Sagittarius A* je černá díra. Pomocí interferometru GRAVITY a čtyř dalekohledů Very Large Telescope (VLT) k vytvoření virtuálního dalekohledu o průměru 130 metrů (430 stop) astronomové detekovali shluky plynu pohybující se asi 30 % rychlosti světla. Emise z vysoce energetických elektronů velmi blízko černé díře byla viditelná jako tři výrazné jasné záblesky. Tyto přesně odpovídají teoretickým předpovědím pro horké skvrny obíhající blízko černé díry o hmotnosti čtyř milionů Slunce. Předpokládá se, že vzplanutí pocházejí z magnetických interakcí ve velmi horkém plynu obíhajícím velmi blízko Sagittarius A*.

V červenci 2018 bylo oznámeno, že S2 obíhající kolem Sgr A* byla zaznamenána rychlostí 7 650 km/s (17,1 milionů mph), neboli 2,55 % rychlosti světla, což vedlo k přiblížení k pericentru, v květnu 2018, při asi 120 AU . (18 miliard km ; 11 miliard mi ) (přibližně 1 400 Schwarzschildových poloměrů ) od Sgr A*. V této těsné vzdálenosti od černé díry Einsteinova teorie obecné relativity (GR) předpovídá, že S2 by kromě obvyklého rychlostního rudého posuvu vykazovala rozpoznatelný gravitační rudý posuv; gravitační červený posuv byl detekován v souladu s předpovědí GR s přesností 10 procent.

Za předpokladu, že obecná teorie relativity je stále platným popisem gravitace v blízkosti horizontu událostí, rádiové emise Sagittarius A* nou soustředěny na černou díru, ale pocházejí z jasného bodu v oblasti kolem černé díry, blízko horizontu událostí, možná v akrečním disku, nebo relativistický proud materiálu vyvržený z disku. Pokud by zdánlivá poloha Sagittarius A* byla přesně vystředěna na černou díru, bylo by možné ji vidět zvětšenou nad její velikost díky gravitační čočce černé díry. Podle obecné teorie relativity by to vedlo k prstencové struktuře, která má průměr asi 5,2krát větší než Schwarzschildův poloměr černé díry . Pro černou díru o hmotnosti kolem 4 milionů slunečních hmotností to odpovídá velikosti přibližně 52 μas, což je v souladu s pozorovanou celkovou velikostí asi 50 μas.

Nedávná pozorování s nižším rozlišením odhalila, že rádiový zdroj Sagittarius A* je symetrický. Simulace alternativních teorií gravitace zobrazují výsledky, které může být obtížné odlišit od GR. Nicméně dokument z roku 2018 předpovídá obraz Sagittarius A*, který je v souladu s nedávnými pozorováními; zejména vysvětluje malou úhlovou velikost a symetrickou morfologii zdroje.

Hmotnost Sagittarius A* byla odhadnuta dvěma různými způsoby:

  1. Dvě skupiny – v Německu a USA – sledovaly oběžné dráhy jednotlivých hvězd velmi blízko černé díry a použily Keplerovy zákony k odvození uzavřené hmoty. Německá skupina našla množství4,31 ± 0,38 milionu hmotností Slunce, zatímco americká skupina zjistila4,1 ± 0,6 milionu hmotností Slunce. Vzhledem k tomu, že tato hmota je uzavřena uvnitř koule o průměru 44 milionů kilometrů, poskytuje to hustotu desetkrát vyšší než předchozí odhady.
  2. V nedávné době přineslo měření správného pohybu vzorku několika tisíc hvězd v okruhu přibližně jednoho parseku od černé díry v kombinaci se statistickou technikou odhad hmotnosti černé díry na3.6+0,2
    −0,4
    × 10 6
    M , plus distribuovaná hmota v centrálním parseku ve výši(1 ± 0,5 )
    × 106 M . Ten je považován za složený z hvězd a zbytků hvězd .
Magnetar nalezený velmi blízko supermasivní černé díry Sagittarius A* v centru galaxie Mléčná dráha

Poměrně malá hmotnost této supermasivní černé díry spolu s nízkou svítivostí rádiových a infračervených emisních čar naznačují, že Mléčná dráha není Seyfertova galaxie .

Nakonec to, co je vidět, není samotná černá díra, ale pozorování, kteráou konzistentní pouze v případě, že se poblíž Sgr A* nachází černá díra. V případě takové černé díry vyzařuje pozorovaná rádiová a infračervená energie z plynu a prachu zahřátého na miliony stupňů při pádu do černé díry. Předpokládá se, že samotná černá díra vyzařuje pouze Hawkingovo záření při zanedbatelné teplotě, řádově 10–14 kelvinů .

Observatoř Evropské kosmické agentury pro gama záření INTEGRAL pozorovala gama záření interagující s blízkým obřím molekulárním mrakem Sagittarius B2, což způsobuje rentgenovou emisi z oblaku. Celková svítivost z tohoto výbuchu ( L ≈1,5 × 1039 erg/s) se odhaduje na milionkrát silnější než současný výstup z Sgr A* a je srovnatelný s typickým aktivním galaktickým jádrem . V roce 2011 tento závěr podpořili japonští astronomové, kteří pozorovali střed Mléčné dráhy pomocí satelitu Suzaku .

V červenci 2019 astronomové oznámili, že našli hvězdu, S5-HVS1, která se pohybuje rychlostí 1 755 km/s (3,93 milionů mph) neboli 0,006 c . Hvězda se nachází v souhvězdí Grus (neboli Jeřáb) na jižní obloze a je asi 29 000 světelných let od Země a mohla být vyvržena z galaxie Mléčná dráha po interakci se Sagittarius A*, supermasivní černou dírou ve středu. z galaxie.

Obíhající hvězdy

Odvozené dráhy 6 hvězd kolem kandidáta na supermasivní černou díru Sagittarius A* v centru Mléčné dráhy
Hvězdy pohybující se kolem Sagittarius A*, jak je vidět v roce 2018
Hvězdy pohybující se kolem Sagittarius A*, jak je vidět v roce 2021

Kolem Sagittarius A* je na oběžné dráze řada hvězd, kteréou souhrnně známé jako „hvězdy S“. Tyto hvězdyou pozorovány především v infračervených vlnových délkách v pásmu K, protože mezihvězdný prach drasticky omezuje viditelnost ve viditelných vlnových délkách. Toto je rychle se měnící pole – v roce 2011 byly do diagramu vpravo zakresleny dráhy nejvýznamnějších tehdy známých hvězd, které ukazují srovnání jejich drah a různých drah ve sluneční soustavě. Od té doby bylo zjištěno, že se S62 přibližuje ještě blíže než tyto hvězdy.

Díky vysokým rychlostem a blízkým přiblížením k supermasivní černé dířeou tyto hvězdy užitečné pro stanovení limitů fyzických rozměrů Sagittarius A* a také pro pozorování jevů souvisejících s obecnou relativitou, jako je periapse posun jejich drah. Je udržováno aktivní sledování pro možnost, že se hvězdy přiblíží k horizontu událostí dostatečně blízko, aby byly narušeny, ale neočekává se, že by žádná z těchto hvězd postihla takový osud. Pozorované rozložení rovin oběžných drah hvězd S omezuje rotaci Sagittarius A* na méně než 10 % jeho teoretické maximální hodnoty.

Od roku 2020 je S4714 aktuálním držitelem rekordu v největším přiblížení k Sagittarius A*, na vzdálenost asi 12,6 AU (1,88 miliardy km), téměř tak blízko, jako se Saturn dostává ke Slunci, a pohybuje se rychlostí asi 8 % rychlosti světla. Uvedené údajeou přibližné s formálními nejistotami12,6 ± 9,3 AU a23 928 ± 8 840 km/s . Jeho oběžná doba je 12 let, ale extrémní excentricita 0,985 mu dává blízké přiblížení a vysokou rychlost.

Výňatek z tabulky tohoto shluku (viz shluk Sagittarius A* ), který obsahuje nejvýznamnější členy. V níže uvedené tabulce je id1 jméno hvězdy v katalogu Gillessen a id2 v katalogu Kalifornské univerzity v Los Angeles. a, e, i, Ω a ωou standardní orbitální prvky, s měřením v úhlových sekundách . Tp je epocha průchodu pericentrem, P je doba oběhu v letech a Kmag je zdánlivá velikost hvězdy v infračerveném pásmu K. qavou vzdálenost v centru v AU a rychlost v centru v procentech rychlosti světla .

id1 id2 A E i (°) Ω (°) ω (°) Tp (rok) P (rok) Kmag q (AU) v (%c)
S1 S0-1 0,5950 0,5560 119,14 342,04 122,30 2001 800 166,0 14,70 2160,7 0,55
S2 S0-2 0,1251 0,8843 133,91 228,07 66,25 2018,379 16.1 13,95 118,4 2.56
S8 S0-4 0,4047 0,8031 74,37 315,43 346,70 1983,640 92,9 14,50 651,7 1.07
S12 S0-19 0,2987 0,8883 33,56 230,10 317,90 1995,590 58,9 15,50 272,9 1,69
S13 S0-20 0,2641 0,4250 24,70 74,50 245,20 2004,860 49,0 15,80 1242,0 0,69
S14 S0-16 0,2863 0,9761 100,59 226,38 334,59 2000,120 55,3 15,70 56,0 3,83
S62 0,0905 0,9760 72,76 122,61 42,62 2003,330 9.9 16.10 16.4 7.03
S4714 0,102 0,985 127,7 129,28 357,25 29. července 2017 12.0 17.7 12.6 8.0

Objev oblaku plynu G2 na akrečním kurzu

Poprvé zaznamenaný jako něco neobvyklého na snímcích středu Mléčné dráhy v roce 2002, bylo potvrzeno, že oblak plynu G2, který má hmotnost asi třikrát větší než Země, je pravděpodobně na kurzu vedoucím do akreční zóny Sgr A. * v článku publikovaném v Nature v roce 2012. Předpovědi jeho oběžné dráhy naznačovaly, že se nejblíže přiblíží k černé díře ( perinigricon ) na začátku roku 2014, kdy byl mrak ve vzdálenosti něco málo přes 3000krát větší, než je poloměr události horizontu (neboli ≈260 AU, 36 světelných hodin) od černé díry. G2 byl pozorován jako rušivý od roku 2009 a někteří předpovídali, že bude setkáním zcela zničeno, což mohlo vést k výraznému zjasnění rentgenového záření a dalších emisí z černé díry. Jiní astronomové navrhli, že oblak plynu by mohl skrývat slabou hvězdu nebo produkt sloučení dvojhvězd, který by jej držel pohromadě proti slapovým silám Sgr A*, což by souboru umožnilo projít kolem bez jakéhokoli účinku. Kromě slapových účinků na samotný mrak bylo v květnu 2013 navrženo, že před svým perinigriconem by G2 mohla zažít několik blízkých setkání s příslušníky populací černých děr a neutronových hvězd, o nichž se předpokládá, že obíhají poblíž galaktického centra. nabízí určitý pohled na oblast obklopující supermasivní černou díru v centru Mléčné dráhy.

Průměrná rychlost akrece na Sgr A* je neobvykle malá na černou díru o její hmotnosti a je zjistitelná pouze proto, že je tak blízko Země. Předpokládalo se, že průchod G2 v roce 2013 by mohl astronomům nabídnout možnost dozvědět se mnohem více o tom, jak materiál narůstá na supermasivní černé díry. Několik astronomických zařízení pozorovalo toto nejbližší přiblížení, přičemž pozorování byla potvrzena pomocí Chandra, XMM, VLA, INTEGRAL, Swift, Fermi a vyžádána na VLT a Keck .

Simulace průchodu byly provedeny předtím, než k němu došlo, skupinami v ESO a Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL).

Když se mrak přiblížil k černé díře, Dr. Daryl Haggard řekl: "Je vzrušující mít něco, co se cítí spíše jako experiment", a doufal, že interakce přinese efekty, které poskytnou nové informace a poznatky.

Během a po největším přiblížení mraku k černé díře nebylo nic pozorováno, což bylo popsáno jako nedostatek „ohňostroje“ a „propadák“. Astronomové z UCLA Galactic Center Group publikovali pozorování získaná 19. a 20. března 2014 a došli k závěru, že G2 je stále neporušený (na rozdíl od předpovědí pro jednoduchou hypotézu plynného mračna) a že oblak bude mít pravděpodobně centrální hvězdu.

Analýza zveřejněná 21. července 2014 na základě pozorování dalekohledem Very Large Telescope ESO v Chile alternativně dospěla k závěru, že mrak, místo aby byl izolovaný, by mohl být hustým shlukem v nepřetržitém, ale tenčím proudu hmoty a působit jako stálý vánek na disku hmoty obíhající černou díru, spíše než náhlé poryvy, které by při dopadu způsobily vysokou jasnost, jak se původně očekávalo. Na podporu této hypotézy, G1, mrak, který prošel poblíž černé díry před 13 lety, měl oběžnou dráhu téměř identickou s G2, v souladu s oběma mraky, a plynový ohon, o kterém se předpokládá, že je za G2, přičemž všechnyou hustší shluky uvnitř velkého jediného plynu. proud.

Profesorka Andrea Ghez a spol. v roce 2014 navrhl, že G2 není plynový mrak, ale spíše dvojice dvojhvězd, které kroužily kolem černé díry v tandemu a spojily se do extrémně velké hvězdy.

Umělecký dojem akrece plynového oblaku G2 na Sgr A*. Kredit: ESO
Tato simulace ukazuje oblak plynu objevený v roce 2011, když prochází blízko supermasivní černé díry ve středu Mléčné dráhy.
Tato videosekvence ukazuje pohyb prašného oblaku G2, jak se přibližuje a poté míjí supermasivní černou díru ve středu Mléčné dráhy.

Viz také

Reference

Další čtení

externí odkazy