Інтерферометр Дуже Великого Телескопа Європейської Південної Обсерваторії (ESO VLTI) отримав найглибші і найчіткіші на сьогоднішній день зображення області навколо надмасивної чорної діри в центрі нашої галактики. Нові зображення допомогли астрономам знайти небачену раніше зірку поруч з чорною дірою. Відстежуючи орбіти зірок у центрі нашого Чумацького Шляху, команда вчених провела найточніший вимір маси чорної діри.
"Ми хочемо дізнатися більше про чорну діру в центрі Чумацького Шляху. Стрілець A *: Наскільки вона масивна? Вона обертається? Чи ведуть зірки себе навколо неї в точності так, як ми очікуємо від загальної теорії відносності Ейнштейна? Найкращий спосіб відповісти на ці запитання - простежити за зірками на орбітах, близьких до надмасивної чорної діри. І тут ми демонструємо, що можемо зробити це з більш високою точністю, ніж коли-небудь раніше ", - пояснює Рейнхард Гензель, директор Інституту позаземної фізики Макса Планка (MPE) в Гархінгу, Німеччина, який отримав Нобелівську премію в 2020 році.
Останні результати Гензеля і його команди, які розширюють їх трирічне дослідження зірок, що обертаються навколо надмасивної чорної діри Чумацького Шляху, опубліковані сьогодні в двох статтях журналу Astronomy & Astrophysics.
У пошуках ще більшої кількості зірок, близьких до чорної діри, команда астрономів, відома як колаборація GRAVITY, розробила новий метод аналізу, який дозволив їм отримати найглибші і найчіткіші зображення нашого галактичного центру.
"VLTI дає нам неймовірну просторову роздільну здатність, а з новими зображеннями ми досягаємо більшої глибини, ніж будь-коли раніше. Ми приголомшені кількістю деталей, а також поведінкою і кількістю зірок, які вони відкривають навколо чорної діри ", - пояснює Юлія Стадлер, дослідник з Інституту астрофізики Макса Планка.
Примітно, що астрономи виявили зірку під назвою S300, яку раніше не бачили, що показує, наскільки потужним є цей метод, коли справа доходить до виявлення дуже слабких об'єктів поблизу Стрільця A *.
У своїх останніх спостереженнях, проведених у період з березня по липень 2021 року, астрономи зосередилися на точних вимірах зірок у міру їх наближення до чорної діри.
Ці спостереження включає зірку-рекордсменку S29, яка найбільш близько підійшла до чорної діри наприкінці травня 2021 року. Вона пройшла її на відстані всього 13 мільярдів кілометрів, що приблизно в 90 разів більше відстані Сонце-Земля, з величезною швидкістю 8740 кілометрів на секунду. Жодна інша зірка ніколи не проходила так близько до чорної діри або переміщалася з такою швидкістю біля неї.
Вимірювання і фотографії, зроблені командою, стали можливі завдяки GRAVITY, унікальному інструменту, який був розроблений у співпраці з ESO VLTI, розташованим в Чилі.
GRAVITY об'єднує світло всіх чотирьох 8,2-метрових телескопів Very Large Telescope (VLT) ESO з використанням методу, званого інтерферометрією. Цей метод складний, «але в результаті ви отримуєте зображення, в 20 разів більш чіткі, ніж зображення, отримані тільки за допомогою окремих телескопів VLT, розкриваючи секрети Галактичного центру», - говорить Франк Ейзенхауер з MPE, головний дослідник GRAVITY.
«Стеження за зірками на близьких орбітах навколо Стрільця A * дозволяє нам точно дослідити гравітаційне поле навколо найближчої до Землі масивної чорної діри, перевірити загальну теорію відносності і визначити властивості чорної діри», - пояснюють астрономи.
Нові спостереження в поєднанні з попередніми даними групи підтверджують, що зірки йдуть по траєкторії в точності так, як пророкує загальна теорія відносності для об'єктів, що рухаються навколо чорної діри з масою в 4,30 мільйона разів більше маси Сонця. Це найбільш точна оцінка маси центральної чорної діри Чумацького Шляху на сьогоднішній день. Дослідникам також вдалося точно визначити відстань до Стрільця A *, і вони виявили, що він знаходиться на відстані 27 000 світлових років.
Щоб отримати нові зображення, астрономи використовували метод машинного навчання, названий теорією інформаційного поля. Вони зробили модель того, як можуть виглядати реальні джерела, змоделювали те, як GRAVITY побачить їх, і порівняли це моделювання зі спостереженнями GRAVITY.
Це дозволило їм знаходити і відстежувати зірки навколо Стрільця A * з безпрецедентною глибиною і точністю. Крім спостережень GRAVITY, команда астрономів також використовувала дані NACO і SINFONI, двох колишніх інструментів VLT, а також вимірювання обсерваторії Кека і обсерваторії Gemini NOIRLab в США.
Пізніше в цьому десятилітті GRAVITY буде оновлено до GRAVITY +, яке також буде встановлено на VLTI ESO і підвищить чутливість, щоб виявляти більш слабкі зірки ще ближче до чорної діри. Команда вчених прагне в кінцевому підсумку знайти зірки так близько, щоб на їх орбітах відчувалися гравітаційні ефекти, викликані обертанням чорної діри.
Майбутній Надзвичайно великий телескоп ESO (ELT), що будується в чилійській пустелі Атакама, в подальшому дозволить вимірювати швидкість цих зірок з дуже високою точністю. "Об" єднавши можливості GRAVITY + та ELT, ми зможемо дізнатися, з якою швидкістю обертається чорна діра ", - кажуть дослідники. «Досі ніхто не міг цього зробити».