Стрілець A*

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Стрілець A* (Sagittarius A*, Sgr A*) — компактне радіоджерело, що знаходиться в центрі нашої Галактики. Випромінює також в інфрачервоному, рентгенівському та інших діапазонах. Являє собою надмасивний об'єкт (ймовірно, чорну діру), оточений гарячою радіовипромінювальною газовою хмарою діаметром близько 1,8 пк [1]. Відстань до радіоджерела становить близько 26 тис. св. років, маса центрального об'єкта — 4,3 млн мас сонця [2].

Відстань: 25900±1400 світлових років (7940±420 парсек)
Радіус: не більше 45 а. о. (6,25 світлових годин)
Маса: (4,31 ± 0,06)×106 M
Яскравісна температура близько 1×107 K

Історія відкриття[ред.ред. код]

16 жовтня 2002 міжнародна дослідницька група Інституту Макса Планка на чолі з Райнером Шеделем повідомила про спостереження руху зірки S2 навколо об'єкта Стрілець A* за десять років. Спостереження доводили, що Стрілець A* — об'єкт величезної маси. [3] По аналізу елементів орбіти було визначено, що маса об'єкта становить 2,6 ± 0,2 мільйонів мас Сонця, ця маса розташована в об'ємі не більше 17 світлових годин (120 а. е.) в діаметрі. Подальші спостереження встановили точніше значення маси — 3,7 мільйонів мас Сонця, а радіус не більше 6,25 світлових годин (45 а. Е.) [4] [5]. Для порівняння: Плутон віддалений від Сонця на 5,51 світлових годин.

Ці спостереження дозволили припустити, що об'єкт Стрілець A* пов'язаний з чорною дірою.

У листопаді 2004 була відкрита чорна діра середньої маси, яка рухалася по орбіті на відстані трьох світлових років навколо об'єкта Стрілець A*. Маса цієї чорної діри становить 1300 мас Сонця, кластер з семи зірок, можливо, залишок колишнього масивного зоряного кластера [6] [7]. Це відкриття дозволяє зробити висновок про те, що надмасивні чорні діри ростуть, поглинаючи навколишні малі чорні дірки і зірки.

У грудні 2008 дослідники з Інституту позаземної фізики Макса Планка опублікували уточнені дані про масу передбачуваної надмасивної чорної діри за результатами спостережень за 16 років [8]. Вона склала 4,31 ± 0,06 мільйонів мас Сонця. Райнхард Генцель (нім. Reinhard Genzel), керівник групи, зазначив, що це дослідження є кращим досвідченим свідченням існування надмасивних чорних Beyond Any Reasonable Doubt: A Supermassive Black Hole Lives in Centre of Our Galaxy]</ref>.

Спостереження в радіодіапазоні[ред.ред. код]

Довгий час центр нашої Галактики, приблизне положення якого (сузір'я Стрільця) було відомо з оптичним спостереженнями, не був асоційований з жодним компактним астрономічним об'єктом. Тільки в 1960 році Дж. Оорт і Г. Рогур встановили, що в безпосередній близькості (менше 0 °, 03) від галактичного центру знаходиться радіоджерело Стрілець А (Sgr A) [9]. У 1966 році Д. Даунс і А. Максвелл, узагальнивши дані з радіоспостереження в дециметровому і сантиметровому діапазонах, прийшли до висновку, що мале ядро Галактики являє собою об'єкт діаметром 10 пс, пов'язаним з джерелом Стрілець-А [10].

На початок 1970-х років завдяки спостереженням в радіохвильовому діапазоні було відомо, що радіоджерело Стрілець-А має складну просторову структуру. У 1971 р. Даунс і Мартін, проводячи спостереження на Камбріджському радіотелескопі з базою 1,6 км на частотах 2,7 і 5 ГГц з роздільною здатністю близько 10', з’ясували, що радіоджерело складається з двох дифузних хмар, що розташовані на відстані 1' одна від одної: східна частина (Sgr A) випромінює радіохвильовий спектр нетермічної природи, а західна (Sgr A*) є радіовипромінювальною хмарою гарячого іонізованого газу діаметром близько 45" (1,8 пс) [1]. У 1974 році Б. Балик та С. Сандерс провели на 43-метровому радіотелескопі Національної радіоастрономічної обсерваторії (NRAO) картографування радіоджерела Стрілець-А на частоті 2,7 і 8,1 ГГц з роздільною здатністю 2" [11]. Було виявлено, що обидва радіоджерела є компактними утвореннями діаметром менше 10" (0,4 пс), оточені хмарами гарячого газу.

Початок спостережень в інфрачервоному діапазоні[ред.ред. код]

Аж до кінця 1960-х років не існувало ефективних інструментів для вивчення центральних областей Галактики, оскільки щільні хмари космічного пилу, які закривали від спостерігача галактичне ядро, повністю поглинають що йде з ядра видиме випромінювання і значно ускладнює роботу в радіодіапазоні.

Ситуація докорінно змінилася завдяки розвитку інфрачервоної астрономії, для якої космічний пил практично прозора. Ще в 1947 році Стеббінс і А. Уітфорд, використовуючи фотоелемент, сканували галактичний екватор на довжині хвилі 1.03 мкм, проте не виявили дискретного інфрачервоного джерела [12]. В. І. Мороз у 1961 році провів аналогічне сканування околиць Sgr A на хвилі 1.7 мкм і теж зазнав невдачі [13]. У 1966 році Є. Беклін сканував район Sgr A в діапазоні 2,0-2,4 мкм і вперше виявив джерело, за положенням і розмірами відповідавший радіоджерела Стрілець-А. У 1968 році Є. Беклін і Г. Нойгебауер провели сканування для довжин хвиль 1,65, 2,2 і 3,4 мкм з роздільною здатністю 0,08-1,8 "і виявили об'єкт складної структури, що складався з основного інфрачервоного джерела діаметром 5 ', компактного об'єкта всередині нього, розширеної фонової області та кількох компактних зіркоподібних джерел в безпосередній близькості від основного джерела [14].

У середині 1970-х років починається дослідження динамічних характеристик об'єктів за якими велися спостереження. У 1976 році Є. Воллман спектральними методами (використовувалася лінія випромінювання неону Ne II з довжиною хвилі 12.8 мкм) досліджував швидкість руху газів, в області діаметром 0.8 пс навколо галактичного центру. Спостереження показали симетричний рух газу зі швидкостями близько 75 км / c. За отриманими даними Воллман зробив одну з перших спроб оцінити масу об'єкта, імовірно знаходиться в центрі галактики. Отриманий ним верхню межу маси виявився рівним 4 ×10 6 мас сонця [15].

Виявлення компактних інфрачервоних джерел[ред.ред. код]

Подальше збільшення роздільної здатності телескопів дозволило виділити в газовій хмарі, що оточує центр галактики, кілька компактних інфрачервоних джерел. У 1975 році Є. Беклін і Г. Нойгебауер склали інфрачервону карту центру галактики для довжин хвиль 2,2 і 10 мкм з роздільною здатністю 2 ", 5, на якій виділили 20 відокремлених джерел, що одержали назву IRS1-IRS20 [16]. Чотири з них (1, 2, 3, 5) позиційно збіглися з відомими по радіоспостереженням компонентами радіоджерела Sgr A. Природа виділених джерел довгий час обговорювалася. Один з них (IRS 7) ідентифікований як молода зірка-надгігант, кілька інших — як молоді гіганти. IRS 16 виявився дуже щільним (10 6 мас сонця на пс ³) скупченням зірок-гігантів і карликів. Інші джерела імовірно були компактними хмарами H II і планетарними туманностями, в деяких з яких були присутні зіркові компоненти [17]. Поздовжня швидкість окремих джерел лежала в межах ± 260 км / c, діаметр становив 0,1-0,45 пс, маса 0,1-10 мас сонця, відстань від центру галактики 0,05-1,6 пс. Маса центрального об'єкта оцінювалася як 3 ×10 6 мас сонця, таким же був порядок маси, розподіленої в області радіусом 1 пс навколо центру. Оскільки ймовірна помилка при обчисленні мас була того ж порядку, допускалася можливість відсутності центрального тіла, при цьому розподілений в радіусі 1 пс маса оцінювалася як 0,8-1,6 ×10 7 мас сонця [18].

Наступне десятиліття характеризувалося поступовим зростанням роздільної здатності оптичних приладів та виявленням все докладнішої структури інфрачервоних джерел. До 1985 року стало ясно, що найвірогіднішим місцем знаходження центральної чорної діри є джерело, позначений як IRS 16. Були виявлені також два потужні потоки іонізованого газу, один з яких обертався по круговій орбіті на відстані 1.7 пс від центру галактики, а другий — по параболічної на відстані 0.5 пс. Маса центрального тіла, розрахована за швидкості цих потоків склала 4.7 ×10 6 мас сонця по першому потоку і 3.5 ×10 6 мас сонця по другому [19].

Спостереження окремих зірок[ред.ред. код]

Зірки в межах ± 0,5 "від центру Галактики (малюнок)
Траєкторії зірок, найближчих до центру Галактики за даними спостережень 1995—2003 років

У 1991 році став до ладу інфрачервоний матричний детектор SHARP I на 3,5-метровому телескопі Європейської південної обсерваторії (ESO) в Ла-Сілла (Чилі). Камера діапазону 1-2,5 мкм забезпечувала дозволом 50 кутових мкс на 1 піксель матриці. Крім того, було встановлено 3D-спектрометр на 2,2-метровому телескопі тієї ж обсерваторії.

З появою інфрачервоних детекторів високого дозволу стало можливим спостерігати в центральних областях галактики окремі зірки. Вивчення їх спектральних характеристик показало, що більшість з них ставляться до молодих зірок віком кілька мільйонів років. Всупереч раніше прийнятим поглядам, було встановлено, що в околицях надмасивної чорної діри активно йде процес зореутворення. Вважають, що джерелом газу для цього процесу є два плоских аккреційному газових кільця, виявлених в центрі Галактики в 1980-х роках. Проте внутрішній діаметр цих кілець занадто великий, щоб пояснити процес зореутворення в безпосередній близькості від чорної діри. Зірки, що знаходяться в радіусі 1 «від чорної діри (так звані» S-зірки ") мають випадкове напрям орбітальних моментів, що суперечить аккреційного сценарієм їх виникнення. Передбачається, що це гарячі ядра червоних гігантів, які утворилися у віддалених районах галактики, а потім мігрували в центральну зону, де їх зовнішні оболонки були зірвані приливними силами чорної діри [20].

До 1996 року були відомі понад 600 зірок в області діаметром близько парсека (25 ") навколо радіоджерела Стрілець А*, а для 220 з них були надійно визначені радіальні швидкості. Оцінений маси центрального тіла становила 2-3 ×10 6 мас сонця, радіусу — 0,2 св. років

В даний час (жовтень 2009 року) роздільна здатність інфрачервоних детекторів досягла 0, "0003 (що на відстані 8 кпс відповідає 2,5 а. Е.). Число зірок у межах 1 пс від центру галактики, для яких виміряні параметри руху, перевищила 6000 [21].

Розраховані точні орбіти для найближчих до центру галактики 28 зірок, найцікавішою серед яких є зірка S2. За час спостережень (1992—2007), вона зробила повний оборот навколо чорної діри, що дозволило з великою точністю оцінити параметри її орбіти. Період обертання S2 становить 15,8 ± 0,11 років, велика піввісь орбіти 0, «123 ± 0,001 (1000 а. Е.), ексцентриситет 0,880 ± 0,003, максимальне наближення до центрального тілу 0,» 015 або 120 а. е. [2] Точне вимірювання параметрів орбіти S2, яка виявилася близькою до кеплерівської, дозволила з високою точністю оцінити масу центрального тіла. За останніми оцінками вона дорівнює

\ ( 4.31 \pm 0.06\mid _{stat} \pm \, 0.36 \mid _{R_0} ) \times 10^6 M_\odot,

де помилка 0,06 викликана похибкою вимірювання параметрів орбіти зірки S2, а помилка 0,36 — похибкою вимірювання відстані від сонця до центру Галактики [2].

Найточніші сучасні оцінки відстані до центру галактики дають

\ R_0 = 8.33 \pm 0.35 \, \mathrm{kpc}.

Перерахунок маси центрального тіла при зміні оцінки відстані здійснюється за формулою

\ [ \, 4.31(R_0/8.33 \, \mathrm{kpc})^{2.19} \pm 0.06 \pm 8.6\Delta R/R_0 \, ] \times 10^6 M_\odot.

Гравітаційний радіус чорної діри масою 4 ×10 6 мас сонця становить приблизно 12 млн км або 0,08 а. е., тобто в 1400 разів менше, ніж найближча відстань, на яке підходила до центрального тіла зірка S2. Однак серед дослідників практично немає сумнівів, що центральний об'єкт не є скупченням зірок малої світності, нейтронних зірок або чорних дірок, оскільки сконцентровані в такому малому об'ємі вони неминуче б злилися за короткий час в єдиний надмасивних об'єкт, який не може бути нічим іншим, окрім чорної діри.

Див. також[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]

  1. а б Downes, D.; Martin, A. H. M. Compact Radio Sources in the Galactic Nucleus 233 (1971) С. 112-114.
  2. а б в Gillessen, S.; Eisenhauer, F.; Trippe, S.; Alexander, T.; Genzel, R.; Martins, F.; Ott, T. Monitoring Stellar Orbits Around the Massive Black Hole in the Galactic Center 692 (2009) С. 1075-1109.
  3. Schödel, R. et al. «A star in a 15.2-year orbit around the supermassive black hole at the centre of the Milky Way.»Nature,419, 694—696, (2002) .446
  4. Ghez, AM et al. «The First Measurement of Spectral Lines in a Short-Period Star Bound to the Galaxy's Central Black Hole: A Paradox of Youth.»The Astrophysical Journal,586, L127-L131, (2003)
  5. ~ ghezgroup / gc / UCLA Galactic Center Group
  6. -2.html «Second black hole found at the centre of our Galaxy». News@Nature.com. Процитовано 2006-03-25. 
  7. J. P. Maillard, T. Paumard, S. R. Stolovy, F. Rigaut The nature of the Galactic Center source IRS 13 revealed by high spatial resolution in the infrared (2004) С. 155-167.
  8. [0810.4674 Monitoring stellar orbits around the Massive Black Hole in the Galactic Center <! - Заголовок посилання згенерований ботом -->]
  9. Oort, J. H.; Rougoor, G. W. The position of the galactic centre 121 (1960) С. 171.
  10. Downes, D.; Maxwell, A. Radio Observations of the Galactic Center Region 146 (1966) С. 653.
  11. Balick, Bruce; Sanders, Robert H. Radio Fine Structure in the Galactic Center 192 (1974) С. 325-336.
  12. Stebbins, Joel; Whitford, A. E. Infrared radiation from the region of the galactic center 52 (1947) С. 131.
  13. Moroz, V. I. An Attempt to Observe the Infrared Radiation of the Galactic Nucleus 38 (1961) С. 487.
  14. Becklin, E. E.; Neugebauer, G. Infrared Observations of the Galactic Center 151 (1968) С. 145.
  15. Wollman, E. R.; Geballe, T. R.; Lacy, J. H.; Townes, C. H.; Rank, D. M. Spectral and spatial resolution of the 12.8 micron NE II emission from the galactic center 205 (1976) С. L5-L9.
  16. Becklin, E. E.; Neugebauer, G. High-resolution maps of the galactic center at 2.2 and 10 microns 200 (1975) С. L71-L74.
  17. Becklin, E. E.; Matthews, K.; Neugebauer, G.; Willner, S. P. Infrared observations of the galactic center. I - Nature of the compact sources 219 (1978) С. 121-128.
  18. Lacy, J. H.; Townes, C. H.; Geballe, T. R.; Hollenbach, D. J. Observations of the motion and distribution of the ionized gas in the central parsec of the Galaxy. II 241 (1980) С. 132-146.
  19. Serabyn, E.; Lacy, J. H. Forbidden NE II observations of the galactic center - Evidence for a massive block hole С. 445-458.
  20. Martins, F.; Gillessen, S.; Eisenhauer, F.; Genzel, R.; Ott, T.; Trippe, S. On the Nature of the Fast-Moving Star S2 in the Galactic Center 672 (2008) С. L119-L122.
  21. Schödel, R.; Merritt, D.; Eckart, A. 26A ... 502 ... 91S The nuclear star cluster of the Milky Way: proper motions and mass 502 (2009) С. 91-111.

Література[ред.ред. код]