Szesnastoletni projekt badawczy tropi 28 gwiazd orbitujących wokół masywnej czarnej dziury w Drodze Mlecznej
Po 16 latach pełnej poświęceń pracy, astronomowie z Niemiec, Francji, USA, Izraela i Chile obliczyli orbity 28 gwiazd znajdujących się w centrum naszej galaktyki, uzyskując nowe informacje na temat masywnej czarnej dziury zwanej Sagittarius A*, która znajduje się w samym sercu Drogi Mlecznej. Wyniki ich pracy, które rzucają także nowe światło na proces powstawania gwiazd, opublikowano w internetowym czasopiśmie arXiv. "Centrum galaktyki to jedyne w swoim rodzaju laboratorium, gdzie możemy badać podstawowe procesy silnej grawitacji, dynamiki układów gwiezdnych i powstawania gwiazd, które mają ogromne znaczenie dla wszystkich pozostałych jąder galaktyki, z taką szczegółowością, jakiej nigdy nie uda się uzyskać poza naszą galaktyką" - wyjaśnia Reinhard Genzel z Instytutu Fizyki Pozaziemskiej im. Maxa Plancka w Niemczech. Ponieważ centralny region Drogi Mlecznej zasnuty jest przez pył międzygwiezdny, naukowcy obserwowali ruch centralnych gwiazd wokół Saggitariusa A* za pomocą fal podczerwonych. Obserwacje orbit gwiezdnych pozwoliły im wyciągnąć wnioski nt. istotnych właściwości czarnej dziury, jak np. jej masa, oraz ponownie obliczyć odległość Centrum Galaktycznego - pomiar o fundamentalnym znaczeniu dla istniejących modeli galaktyki. Badania rozpoczęto w roku 1992, kiedy to naukowcy zaczęli gromadzić obrazy Centrum Galaktycznego o wysokiej rozdzielczości, używając kamery SHARP, zainstalowanej na 3,5-metrowym Teleskopie Nowej Technologii w Europejskim Obserwatorium Południowym (ESO) w Chile. Od roku 2002 gromadzono już bardziej zaawansowane dane, dzięki systemowi Naos-Conica (NACO), zainstalowanemu na 8,2-metrowym Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) ESO, a od lipca 2004, możliwe są obserwacje spektroskopowe dzięki spektrometrowi SINFONI, który także jest zainstalowany na VLT. Wyniki badań znacznie poprawiły dokładność, z jaką można zmierzyć pozycje gwiazd. Obliczenia zespołu zapewniają dokładność w zakresie 300 mikrosekund - co można porównać z możliwością zobaczenia monety jednozłotowej z odległości około 10.000 km. Obserwacje pozwoliły naukowcom zaktualizować szacunkową odległość do Centrum Galaktycznego, co stanowi krok milowy w tego typu obliczeniach. Jednym z głównych osiągnięć projektu jest zaobserwowanie pełnej orbity gwiazdy nazwanej S2, jednej z najjaśniejszych wśród obserwowanych, która wykonała pełny obrót wokół środka Drogi Mlecznej w ciągu około 15 lat. (Dla porównania, jeden galaktyczny cykl obrotowy Słońca trwa około 200 mln lat.) Zaobserwowanie pełnej orbity umożliwiło wykonanie bardzo precyzyjnych obliczeń. Ciekawym jest to, że naukowcy zauważyli, jak na pewnym etapie jasność S2 oraz jej prędkość zmieniły się - wyjaśnienie tego zjawiska pozostaje przedmiotem fascynującej debaty. W ramach badań poznano orbity 20 gwiazd wczesnego typu. Ten istotny wzrost liczby znanych orbit pozwala naukowcom szukać wspólnych właściwości pomiędzy nimi, które będą charakteryzować tę centralną populację gwiazd. "Gwiazdy w tej najbardziej centralnej strefie poruszają się po losowo dobranych orbitach, niczym rój pszczół" - wyjaśnia autor naczelny, Stefan Gillessen z Instytutu Fizyki Pozaziemskiej im. Maxa Plancka. Naukowcy obliczyli po raz pierwszy orbity sześciu gwiazd późnego typu w tym regionie i również potwierdzili wcześniejsze spekulacje, że krążą one wokół czarnej dziury poruszając się w prawo, po orbicie w formie dysku. Poznając właściwości orbit gwiazd centralnych, można się wiele dowiedzieć o ich pochodzeniu. Scenariusze formowania się tych gwiazd pozostają jednym z głównych pytań badawczych, ponieważ są one zbyt młode, aby mogły były znaleźć się na swoim obecnym miejscu w wyniku migracji, ale jednocześnie raczej nie uformowały się na swoich dzisiejszych orbitach, kontrolowanych przez siły przypływowe czarnej dziury. Na podstawie dokonanych obserwacji astronomowie przypuszczają, że oprócz samej czarnej dziury, istnieje wokół niej spora masa w formie zbitych "ciemnych pozostałości gwiezdnych". "Bez wątpienia najbardziej spektakularnym aspektem naszych długoterminowych badań jest dostarczenie najlepszych jak dotąd dowodów empirycznych na to, że supermasywne czarne dziury rzeczywiście istnieją" - mówi Genzel. "Orbity gwiezdne w Centrum Galaktycznym pokazują ponad wszelką wątpliwość, że czarna dziura skupia w centrum galaktyki cztery miliony mas słońca." "Następnym ważnym krokiem będzie połączenie światła z czterech 8,2-metrowych teleskopów VLT - technika znana pod nazwą interferometrii" - powiedział Frank Eisenhauer, kierownik projektu badawczego GRAVITY, poświęconego instrumentom następnej generacji. "Pozwoli to poprawić precyzyjność obserwacji o 10 do 100 razy w porównaniu z dzisiejszymi możliwościami. Takie połączenie być może pozwoli sprawdzić bezpośrednio einsteinowską [teorię] względności we wcześniej niezbadanym regionie, niedaleko czarnej dziury."
Kraje
Chile, Niemcy, Francja, Izrael, Stany Zjednoczone