Sagitário A* -Sagittarius A*

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Sagitário A*
EHT Sagitário Um buraco negro.tif
Sagitário A* fotografado pelo Event Horizon Telescope em 2017, lançado em 2022
Dados de observação
Epoch J2000 Equinox J2000
constelação Sagitário
Ascensão certa 17 h 45 m 40,0409 s
Declinação −29° 0′ 28.118″
Detalhes
Massa 8,26 × 10 36 kg
(4,154 ± 0,014) × 10 6 M
Astrometria
Distância 26.673 ± 42 li
(8.178 ± 13 peças )
Referências de banco de dados
SIMBAD dados

Sagitário A* ( / ˈ eɪ s t ɑːr / AY star ), abreviado Sgr A* ( / s æ ˈ eɪ s t ɑːr / SAJ AY star ) é o buraco negro supermassivo no Centro Galáctico da Via Láctea . Localiza-se próximo à fronteira das constelações de Sagitário e Escorpião, cerca de 5,6° ao sul da eclíptica, visualmente próximo ao Aglomerado de Borboletas (M6) e Lambda Scorpii .

O objeto é uma fonte de rádio astronômica brilhante e muito compacta . O nome Sagitário A* decorre de razões históricas. Em 1954, John D. Kraus, Hsien-Ching Ko e Sean Matt listaram as fontes de rádio que identificaram com o radiotelescópio da Ohio State University a 250 MHz. As fontes foram organizadas por constelação e a letra atribuída a elas era arbitrária, com A denotando a fonte de rádio mais brilhante dentro da constelação. O asterisco * é porque sua descoberta foi considerada "excitante", em paralelo com a nomenclatura para átomos de estado excitado que são indicados com um asterisco (por exemplo, o estado excitado do Hélio seria He*). O asterisco foi atribuído em 1982 por Robert L. Brown, que entendeu que a emissão de rádio mais forte do centro da galáxia parecia ser devido a um objeto compacto de rádio não térmico.

As observações de várias estrelas orbitando Sagitário A*, particularmente a estrela S2, foram usadas para determinar a massa e os limites superiores do raio do objeto. Com base na massa e nos limites de raio cada vez mais precisos, os astrônomos concluíram que Sagitário A* deve ser o buraco negro supermassivo central da Via Láctea. O valor atual de sua massa é de 4,154 ± 0,014 milhões de massas solares .

Reinhard Genzel e Andrea Ghez receberam o Prêmio Nobel de Física de 2020 por sua descoberta de que Sagitário A* é um objeto compacto supermassivo, para o qual um buraco negro era a única explicação plausível na época.

Em 12 de maio de 2022, astrônomos, usando o Event Horizon Telescope, divulgaram uma imagem de Sagitário A* produzida usando dados de observações de rádio em abril de 2017, confirmando que o objeto era um buraco negro. Esta é a segunda imagem confirmada de um buraco negro, depois do buraco negro supermassivo de Messier 87 em 2019.

Observação e descrição

Observações do ALMA de nuvens de gás ricas em hidrogênio molecular, com a área ao redor de Sagitário A* circulada

Em 12 de maio de 2022, o Event Horizon Telescope, pela primeira vez, divulgou uma fotografia de Sagitário A*, baseada em imagens diretas de rádio tiradas em 2017, e confirmando que o objeto contém um buraco negro. Esta é a segunda imagem de um buraco negro. Esta imagem levou cinco anos de cálculos para processar, fazendo uso de uma técnica de camadas de imagem. Seu resultado fornece um tamanho angular geral para a fonte de51,8 ± 2,3 μas ). A uma distância de 26.000 anos-luz (8.000 parsecs ), isso produz um diâmetro de 51,8 milhões de quilômetros (32,2 milhões de milhas). Para comparação, a Terra está a 150 milhões de quilômetros (1,0 unidade astronômica ; 93 milhões de milhas ) do Sol, e Mercúrio está a 46 milhões de km (0,31 UA; 29 milhões de milhas) do Sol no periélio . O movimento próprio de Sgr A* é de aproximadamente -2,70 mas por ano para a ascensão reta e -5,6 mas por ano para a declinação . A medição do telescópio desses buracos negros testou a teoria da relatividade de Einstein com mais rigor do que foi feito anteriormente, e os resultados combinam perfeitamente.

Em 2019, medições feitas com o Airborne Wideband Camera-Plus de alta resolução (HAWC+) montado na aeronave SOFIA revelaram que os campos magnéticos causam o anel circundante de gás e poeira, cujas temperaturas variam de -280 a 17.500 °F (99,8 a 9.977,6 K; -173,3 a 9.704,4 ° C), para fluir em uma órbita em torno de Sagitário A *, mantendo baixas as emissões de buracos negros.

Os astrônomos não conseguiram observar Sgr A* no espectro óptico por causa do efeito de 25 magnitudes de extinção por poeira e gás entre a fonte e a Terra.

História

Karl Jansky, considerado o pai da radioastronomia, descobriu em abril de 1933 que um sinal de rádio vinha de um local na direção da constelação de Sagitário, em direção ao centro da Via Láctea. A fonte de rádio mais tarde ficou conhecida como Sagitário A. Suas observações não se estenderam tão ao sul quanto agora sabemos ser o Centro Galáctico. Observações de Jack Piddington e Harry Minnett usando o radiotelescópio CSIRO no Potts Hill Reservoir, em Sydney, descobriram uma fonte de rádio discreta e brilhante "Sagitário-Escorpião", que após observação adicional com o radiotelescópio CSIRO de 24 metros em Dover Heights foi identificado em uma carta à Nature como o provável Centro Galáctico.

Observações posteriores mostraram que Sagitário A na verdade consiste em vários subcomponentes sobrepostos; um componente brilhante e muito compacto, Sgr A*, foi descoberto em 13 e 15 de fevereiro de 1974 pelos astrônomos Bruce Balick e Robert Brown usando o interferômetro de linha de base do Observatório Nacional de Radioastronomia . O nome Sgr A* foi cunhado por Brown em um artigo de 1982 porque a fonte de rádio era "excitante", e os estados excitados dos átomos são indicados com asteriscos.

Detecção de uma explosão de raios-X extraordinariamente brilhante de Sgr A*

Desde a década de 1980, ficou evidente que o componente central de Sgr A* é provavelmente um buraco negro. Em 1994, estudos de espectroscopia infravermelha e submilimétrica por uma equipe de Berkeley envolvendo o Prêmio Nobel Charles H. Townes e o futuro Prêmio Nobel Reinhard Genzel mostraram que a massa de Sgr A* estava fortemente concentrada e da ordem de 3 milhões de sóis.

Em 16 de outubro de 2002, uma equipe internacional liderada por Reinhard Genzel no Instituto Max Planck de Física Extraterrestre relatou a observação do movimento da estrela S2 perto de Sagitário A* durante um período de dez anos. De acordo com a análise da equipe, os dados descartaram a possibilidade de que Sgr A* contenha um aglomerado de objetos estelares escuros ou uma massa de férmions degenerados, reforçando a evidência de um buraco negro maciço. As observações de S2 usaram interferometria de infravermelho próximo (NIR) (na banda Ks, ou seja, 2,1 μm ) por causa da extinção interestelar reduzida nesta banda. Os masers de SiO foram usados ​​para alinhar imagens NIR com observações de rádio, pois elas podem ser observadas tanto em bandas de NIR quanto de rádio. O movimento rápido de S2 (e de outras estrelas próximas) se destacou facilmente contra estrelas de movimento mais lento ao longo da linha de visão, para que pudessem ser subtraídas das imagens.

Nuvem empoeirada G2 passa pelo buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea

As observações de rádio VLBI de Sagitário A* também podem ser alinhadas centralmente com as imagens NIR, de modo que o foco da órbita elíptica de S2 coincide com a posição de Sagitário A*. Examinando a órbita Kepleriana de S2, eles determinaram que a massa de Sagitário A* era4,1 ± 0,6 milhões de massas solares, confinadas em um volume com um raio não superior a 17 horas-luz (120 UA [18 bilhões de km ; 11 bilhões de milhas ]). Observações posteriores da estrela S14 mostraram que a massa do objeto era de cerca de 4,1 milhões de massas solares dentro de um volume com raio não maior que 6,25 horas-luz (45 UA [6,7 bilhões de km; 4,2 bilhões de milhas]). S175 passou a uma distância semelhante. Para comparação, o raio de Schwarzschild é de 0,08 UA (12 milhões de km; 7,4 milhões de milhas). Eles também determinaram a distância da Terra ao Centro Galáctico (o centro rotacional da Via Láctea), que é importante na calibração de escalas de distância astronômicas, como 8.000 ± 600 parsecs (30.000 ± 2.000 anos-luz ). Em novembro de 2004, uma equipe de astrônomos relatou a descoberta de um potencial buraco negro de massa intermediária, conhecido como GCIRS 13E, orbitando 3 anos-luz de Sagitário A*. Este buraco negro de 1.300 massas solares está dentro de um aglomerado de sete estrelas. Essa observação pode dar suporte à ideia de que buracos negros supermassivos crescem absorvendo buracos negros e estrelas menores próximos.

Após monitorar órbitas estelares em torno de Sagitário A* por 16 anos, Gillessen et al. estimou a massa do objeto em4,31 ± 0,38 milhões de massas solares. O resultado foi anunciado em 2008 e publicado no The Astrophysical Journal em 2009. Reinhard Genzel, líder da equipe da pesquisa, disse que o estudo forneceu "o que agora é considerado a melhor evidência empírica de que os buracos negros supermassivos realmente existem. órbitas no Centro Galáctico mostram que a concentração de massa central de quatro milhões de massas solares deve ser um buraco negro, além de qualquer dúvida razoável."

Em 5 de janeiro de 2015, a NASA relatou ter observado uma explosão de raios-X 400 vezes mais brilhante do que o normal, um recorde, de Sgr A*. O evento incomum pode ter sido causado pela quebra de um asteróide caindo no buraco negro ou pelo emaranhamento de linhas de campo magnético dentro do gás que flui para Sgr A*, de acordo com os astrônomos.

Em 13 de maio de 2019, astrônomos usando o Observatório Keck testemunharam um súbito brilho de Sgr A*, que se tornou 75 vezes mais brilhante que o normal, sugerindo que o buraco negro supermassivo pode ter encontrado outro objeto.

Ejecta remanescente de supernova produzindo material formador de planetas

Buraco negro central

O NuSTAR capturou essas primeiras visões focadas do buraco negro supermassivo no coração da Via Láctea em raios-X de alta energia

Em um artigo publicado em 31 de outubro de 2018, foi anunciada a descoberta de evidências conclusivas de que Sagitário A* é um buraco negro. Usando o interferômetro GRAVITY e os quatro telescópios do Very Large Telescope (VLT) para criar um telescópio virtual de 130 metros (430 pés) de diâmetro, os astrônomos detectaram aglomerados de gás movendo-se a cerca de 30% da velocidade da luz. A emissão de elétrons altamente energéticos muito próximos do buraco negro foi visível como três erupções brilhantes proeminentes. Isso corresponde exatamente às previsões teóricas para pontos quentes orbitando perto de um buraco negro de quatro milhões de massas solares. Pensa-se que as erupções se originam de interações magnéticas no gás muito quente que orbita muito perto de Sagitário A*.

Em julho de 2018, foi relatado que S2 orbitando Sgr A* havia sido registrado a 7.650 km/s (17,1 milhões de mph), ou 2,55% da velocidade da luz, levando à aproximação do pericentro, em maio de 2018, a cerca de 120 UA (18 bilhões de km ; 11 bilhões de milhas ) (aproximadamente 1.400 raios Schwarzschild ) de Sgr A*. A essa distância próxima do buraco negro, a teoria da relatividade geral (GR) de Einstein prevê que S2 mostraria um desvio para o vermelho gravitacional discernível, além do desvio para o vermelho da velocidade usual; o redshift gravitacional foi detectado, de acordo com a previsão GR dentro da precisão de medição de 10 por cento.

Assumindo que a relatividade geral ainda é uma descrição válida da gravidade perto do horizonte de eventos, as emissões de rádio de Sagitário A* não estão centradas no buraco negro, mas surgem de um ponto brilhante na região ao redor do buraco negro, próximo ao horizonte de eventos, possivelmente no disco de acreção, ou um jato relativístico de material ejetado do disco. Se a posição aparente de Sagitário A* estivesse exatamente centrada no buraco negro, seria possível vê-lo ampliado além de seu tamanho, por causa da lente gravitacional do buraco negro. De acordo com a relatividade geral, isso resultaria em uma estrutura semelhante a um anel, que tem um diâmetro de cerca de 5,2 vezes o raio de Schwarzschild do buraco negro . Para um buraco negro de cerca de 4 milhões de massas solares, isso corresponde a um tamanho de aproximadamente 52 μas, o que é consistente com o tamanho geral observado de cerca de 50 μas.

Observações recentes de baixa resolução revelaram que a fonte de rádio de Sagitário A* é simétrica. Simulações de teorias alternativas da gravidade mostram resultados que podem ser difíceis de distinguir de GR. No entanto, um artigo de 2018 prevê uma imagem de Sagitário A* que está de acordo com observações recentes; em particular, explica o pequeno tamanho angular e a morfologia simétrica da fonte.

A massa de Sagitário A* foi estimada de duas maneiras diferentes:

  1. Dois grupos - na Alemanha e nos EUA - monitoraram as órbitas de estrelas individuais muito próximas ao buraco negro e usaram as leis de Kepler para inferir a massa fechada. O grupo alemão encontrou uma massa de4,31 ± 0,38 milhões de massas solares, enquanto o grupo americano encontrou4,1 ± 0,6 milhões de massas solares. Dado que essa massa está confinada dentro de uma esfera de 44 milhões de quilômetros de diâmetro, isso produz uma densidade dez vezes maior do que as estimativas anteriores.
  2. Mais recentemente, a medição dos movimentos próprios de uma amostra de vários milhares de estrelas dentro de aproximadamente um parsec do buraco negro, combinada com uma técnica estatística, produziu tanto uma estimativa da massa do buraco negro em3.6+0,2
    −0,4
    × 10 6
    M , mais uma massa distribuída no parsec central equivalente a(1 ± 0,5) × 10 6 M . Acredita-se que este último seja composto de estrelas e remanescentes estelares .
Magnetar encontrado muito perto do buraco negro supermassivo, Sagitário A*, no centro da Via Láctea

A massa comparativamente pequena deste buraco negro supermassivo, juntamente com a baixa luminosidade das linhas de emissão de rádio e infravermelho, implicam que a Via Láctea não é uma galáxia Seyfert .

Em última análise, o que se vê não é o buraco negro em si, mas observações que são consistentes apenas se houver um buraco negro presente perto de Sgr A*. No caso de tal buraco negro, a energia de rádio e infravermelha observada emana de gás e poeira aquecidos a milhões de graus enquanto caem no buraco negro. Pensa-se que o próprio buraco negro emite apenas radiação Hawking a uma temperatura insignificante, da ordem de 10 −14 kelvin .

O observatório de raios gama INTEGRAL da Agência Espacial Européia observou raios gama interagindo com a gigante nuvem molecular Sagitário B2, causando emissão de raios X da nuvem. A luminosidade total desta explosão ( L ≈1,5 × 10 39 erg/s) é estimado em um milhão de vezes mais forte do que a saída atual de Sgr A* e é comparável com um núcleo galáctico ativo típico . Em 2011 esta conclusão foi apoiada por astrônomos japoneses observando o centro da Via Láctea com osatélite Suzaku .

Em julho de 2019, os astrônomos relataram ter encontrado uma estrela, S5-HVS1, viajando a 1.755 km/s (3,93 milhões de mph) ou 0,006 c . A estrela está na constelação de Grus (ou Crane) no céu do sul, e cerca de 29.000 anos-luz da Terra, e pode ter sido impulsionada para fora da Via Láctea depois de interagir com Sagitário A *, o buraco negro supermassivo no centro da galáxia.

Estrelas em órbita

Órbitas inferidas de 6 estrelas em torno do candidato a buraco negro supermassivo Sagitário A* no centro da Via Láctea
Estrelas se movendo em torno de Sagitário A* como visto em 2018
Estrelas se movendo ao redor de Sagitário A* como visto em 2021

Há várias estrelas em órbita próxima ao redor de Sagitário A*, que são conhecidas coletivamente como "estrelas S". Essas estrelas são observadas principalmente em comprimentos de onda infravermelhos da banda K, pois a poeira interestelar limita drasticamente a visibilidade em comprimentos de onda visíveis. Este é um campo que muda rapidamente – em 2011, as órbitas das estrelas mais proeminentes então conhecidas foram plotadas no diagrama à direita, mostrando uma comparação entre suas órbitas e várias órbitas no sistema solar. Desde então, descobriu-se que S62 se aproxima ainda mais do que essas estrelas.

As altas velocidades e as aproximações próximas ao buraco negro supermassivo tornam essas estrelas úteis para estabelecer limites nas dimensões físicas de Sagitário A*, bem como para observar efeitos associados à relatividade geral, como deslocamento periapse de suas órbitas. Uma vigilância ativa é mantida para a possibilidade de estrelas se aproximarem do horizonte de eventos perto o suficiente para serem interrompidas, mas nenhuma dessas estrelas deve sofrer esse destino. A distribuição observada dos planos das órbitas das estrelas S limita a rotação de Sagitário A* a menos de 10% do seu valor máximo teórico.

A partir de 2020, S4714 é o atual detentor do recorde de maior aproximação de Sagitário A*, a cerca de 12,6 UA (1,88 bilhão de km), quase tão próximo quanto Saturno chega ao Sol, viajando a cerca de 8% da velocidade da luz. Esses números dados são aproximados, sendo as incertezas formais12,6 ± 9,3 UA e23.928 ± 8.840 km/s . Seu período orbital é de 12 anos, mas uma excentricidade extrema de 0,985 lhe confere uma aproximação próxima e alta velocidade.

Um trecho de uma tabela deste cluster (ver cluster Sagitário A* ), apresentando os membros mais proeminentes. Na tabela abaixo, id1 é o nome da estrela no catálogo Gillessen e id2 no catálogo da Universidade da Califórnia, Los Angeles. a, e, i, Ω e ω são elementos orbitais padrão, com a medido em segundos de arco . Tp é a época de passagem do pericentro, P é o período orbital em anos e Kmag é a magnitude aparente da banda K do infravermelho da estrela. q e v são a distância do pericentro em AU e a velocidade do pericentro em porcentagem da velocidade da luz .

id1 id2 uma e eu (°) Ω (°) ω (°) Tp (ano) P (ano) Kmag q (AU) v (%c)
S1 S0-1 0,5950 0,5560 119,14 342,04 122,30 2001.800 166,0 14h70 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 14h50 651,7 1,07
S12 S0-19 0,2987 0,8883 33,56 230,10 317,90 1995.590 58,9 15h50 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 29/2017 12,0 17,7 12,6 8,0

Descoberta da nuvem de gás G2 em um curso de acreção

Observada pela primeira vez como algo incomum em imagens do centro da Via Láctea em 2002, a nuvem de gás G2, que tem uma massa cerca de três vezes a da Terra, foi confirmada como provável em um curso que a leva para a zona de acreção de Sgr A. * em um artigo publicado na Nature em 2012. As previsões de sua órbita sugeriam que ele faria sua maior aproximação do buraco negro (um perinigricon ) no início de 2014, quando a nuvem estava a uma distância de pouco mais de 3.000 vezes o raio do evento horizonte (ou ≈260 UA, 36 horas-luz) do buraco negro. Observa-se que o G2 está perturbando desde 2009 e foi previsto por alguns para ser completamente destruído pelo encontro, o que poderia ter levado a um aumento significativo de raios-X e outras emissões do buraco negro. Outros astrônomos sugeriram que a nuvem de gás poderia estar escondendo uma estrela fraca, ou um produto de fusão de estrelas binárias, que a manteria unida contra as forças de maré de Sgr A*, permitindo que o conjunto passasse sem nenhum efeito. Além dos efeitos das marés na própria nuvem, foi proposto em maio de 2013 que, antes de seu perinigricon, o G2 poderia experimentar vários encontros próximos com membros das populações de buracos negros e estrelas de nêutrons que se pensava orbitar perto do Centro Galáctico. oferecendo algumas informações sobre a região ao redor do buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea.

A taxa média de acreção em Sgr A* é extraordinariamente pequena para um buraco negro de sua massa e só é detectável porque está tão perto da Terra. Pensava-se que a passagem do G2 em 2013 poderia oferecer aos astrônomos a chance de aprender muito mais sobre como o material se acumula em buracos negros supermassivos. Várias instalações astronômicas observaram essa aproximação mais próxima, com observações confirmadas com Chandra, XMM, VLA, INTEGRAL, Swift, Fermi e solicitadas ao VLT e Keck .

Simulações da passagem foram feitas antes de acontecer por grupos do ESO e do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL).

À medida que a nuvem se aproximava do buraco negro, o Dr. Daryl Haggard disse: "É emocionante ter algo que parece mais um experimento", e esperava que a interação produzisse efeitos que forneceriam novas informações e insights.

Nada foi observado durante e após a maior aproximação da nuvem ao buraco negro, o que foi descrito como falta de "fogos de artifício" e um "fracasso". Astrônomos do UCLA Galactic Center Group publicaram observações obtidas em 19 e 20 de março de 2014, concluindo que o G2 ainda estava intacto (em contraste com as previsões para uma simples hipótese de nuvem de gás) e que a nuvem provavelmente teria uma estrela central.

Uma análise publicada em 21 de julho de 2014, com base em observações do Very Large Telescope do ESO no Chile, concluiu alternativamente que a nuvem, em vez de ser isolada, pode ser um aglomerado denso dentro de um fluxo contínuo, mas mais fino, de matéria, e agir como uma brisa constante no disco de matéria que orbita o buraco negro, em vez de rajadas repentinas que teriam causado alto brilho ao atingirem, como originalmente esperado. Apoiando esta hipótese, G1, uma nuvem que passou perto do buraco negro há 13 anos, tinha uma órbita quase idêntica a G2, consistente com ambas as nuvens, e uma cauda de gás que se pensava estar seguindo G2, sendo todos aglomerados mais densos dentro de um único grande gás. stream.

Professora Andrea Ghez et al. sugeriu em 2014 que G2 não é uma nuvem de gás, mas sim um par de estrelas binárias que orbitavam o buraco negro em conjunto e se fundiram em uma estrela extremamente grande.

Impressão artística do acréscimo da nuvem de gás G2 em Sgr A*. Crédito: ESO
Esta simulação mostra uma nuvem de gás, descoberta em 2011, ao passar perto do buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea
Esta sequência de vídeo mostra o movimento da nuvem empoeirada G2 à medida que se aproxima e depois passa pelo buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea.

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos