Стрілець A*

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

Стрілець A* (Sagittarius A*, Sgr A*) — компактне радіоджерело в центрі нашої Галактики. Випромінює також в інфрачервоному, рентгенівському та інших діапазонах. Це надмасивний об'єкт (ймовірно, чорна діра), 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]. З аналізу елементів орбіти було визначено, що маса об'єкта становить 2,6 ± 0,2 мільйонів мас Сонця, ця маса міститься в об'ємі не більше ніж 17 світлових годин (120 а. е.) в діаметрі. Подальші спостереження встановили точніше значення маси — 3,7 мільйонів мас Сонця, а радіус не більше ніж 6,25 світлових годин (45 а. о.)[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 гіпотетичної 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 найкращим дослідним 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 оптичних спостережень, 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 пк, пов'язаний 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 Даунс і Мартін, проводячи спостереження на Камбриджському 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 пк), 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 // Nature. — 1971. — Т. 233. — 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 // The Astrophysical Journal. — 2009. — Т. 692. — 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 // Astronomy & Astrophysics. — 2004. — № 1. — P. 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 // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. — 1960. — Т. 121. — С. 171.
  10. Downes, D.; Maxwell, A. Radio Observations of the Galactic Center Region // Astrophysical Journal. — 1966. — Т. 146. — С. 653.
  11. Balick, Bruce; Sanders, Robert H. Radio Fine Structure in the Galactic Center // Astrophysical Journal. — 1974. — Т. 192. — С. 325-336.
  12. Stebbins, Joel; Whitford, A. E. Infrared radiation from the region of the galactic center // Astrophysical Journal. — 1947. — Т. 52. — С. 131.
  13. Moroz, V. I. An Attempt to Observe the Infrared Radiation of the Galactic Nucleus // Astronomicheskii Zhurnal. — 1961. — Т. 38. — С. 487.
  14. Becklin, E. E.; Neugebauer, G. Infrared Observations of the Galactic Center // Astrophysical Journal. — 1968. — Т. 151. — 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 // Astrophysical Journal. — 1976. — Т. 205. — С. L5-L9.
  16. Becklin, E. E.; Neugebauer, G. High-resolution maps of the galactic center at 2.2 and 10 microns // Astrophysical Journal. — 1975. — Т. 200. — 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 // Astrophysical Journal, Part 1. — 1978. — Т. 219. — 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 // Astrophysical Journal, Part 1. — 1980. — Т. 241. — С. 132-146.
  19. Serabyn, E.; Lacy, J. H. Forbidden NE II observations of the galactic center - Evidence for a massive block hole // Astrophysical Journal, Part 1. — 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 // The Astrophysical Journal. — 2008. — Т. 672. — 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 // Astronomy and Astrophysics. — 2009. — Т. 502. — С. 91-111.

Література[ред.ред. код]