Стрелец A*

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Стрелец A*
Звезда
Gcle.jpg
Стрелец A* (в центре) и два световых эха от недавнего взрыва (в кружке)
Наблюдательные данные
(Эпоха J2000.0)
Тип

радиоисточник

Прямое восхождение

17ч 45м 40,045с

Склонение

-29° 0′ 27,9″

Расстояние

25 900 ± 1 400 св. лет (7 940 ± 420[1] пк)

Созвездие

Стрелец

Информация в базах данных
SIMBAD

данные

Источники: [2]

КоординатыSky map 17ч 45м 40,045с_-29° 0′ 27,9″

Стрелец A* (лат. Sagittarius A*, Sgr A*; произносится «звезда Стрелец А»[источник не указан 173 дня]) — компактный радиоисточник, находящийся в центре нашей галактики, входит в состав радиоисточника Стрелец А. Излучает также в инфракрасном, рентгеновском и других диапазонах. Представляет собой сверхмассивный объект (вероятно, чёрную дыру), окружённый горячим радиоизлучающим газовым облаком диаметром около 1,8 пк[3]. Расстояние до радиоисточника составляет около 26 тыс. св. лет, масса центрального объекта — 4,3•106 M[4].

Расстояние: 25900±1400 световых лет (7940±420 парсек)
Радиус: не более 45 а. е. (6,25 световых часов)
Масса: (4,31 ± 0,36)·106 M
Яркостная температура около 1·107 K

История открытия[править | править вики-текст]

16 октября 2002 международная исследовательская группа Института Макса Планка во главе с Райнером Шёделем сообщила о наблюдениях движения звезды S2 вокруг объекта Стрелец A* за десять лет. Наблюдения доказывали, что Стрелец A* — объект огромной массы[5]. По анализу элементов орбит вначале было определено, что масса объекта составляет 2,6 млн M, эта масса заключена в объёме не более 17 световых часов (120 а. e.) в диаметре. Последующие наблюдения установили более точное значение массы — 3,7 млн M, а радиус не более 6,25 светового часа (45 а. e.)[6][7]. Для сравнения: Плутон отстоит от Солнца на 5,51 светового часа.

Эти наблюдения позволили предположить, что объект Стрелец A* связан с чёрной дырой.

В декабре 2008 исследователи из Института внеземной физики Макса Планка опубликовали уточнённые данные о массе предполагаемой сверхмассивной чёрной дыры по результатам наблюдений за 16 лет[8]. Она составила 4,31 ± 0,36 миллионов масс Солнца. Райнхард Генцель (нем. Reinhard Genzel), руководитель группы, отметил, что это исследование является лучшим опытным свидетельством существования сверхмассивных чёрных дыр[9]. Последние наблюдения с высоким угловым разрешением на длине волны 1,3 мм показывают[10], что угловой диаметр источника равен 37 микросекундам дуги, что на данном расстоянии соответствует линейному диаметру 44 млн км (ср. с перигелием орбиты Меркурия, 46 млн км). Поскольку гравитационный радиус объекта массой М равен Rg = 2,95(M/M) км, для данной массы он составляет (12,7 ± 1,1) млн км, и измеренный радиус источника лишь вдвое больше гравитационного радиуса центрального объекта. Это согласуется с ожидаемым существованием излучающего аккреционного диска вокруг чёрной дыры.

Наблюдения в радиодиапазоне[править | править вики-текст]

Долгое время центр нашей Галактики, приблизительное положение которого (созвездие Стрельца) было известно по оптическим наблюдениям, не был ассоциирован ни с каким компактным астрономическим объектом. Только в 1960 году Дж. Оорт и Г. Рогур установили, что в непосредственной близости (менее 0,03°) от галактического центра находится радиоисточник Стрелец А (Sgr A)[11]. В 1966 году Д. Даунс и А. Максвелл, обобщив данные по радионаблюдениям в дециметровом и сантиметровом диапазонах, пришли к выводу, что малое ядро Галактики представляет собой объект диаметром 10 пк, связанным с источником Стрелец-А[12].

К началу 1970-х годов благодаря наблюдениям в радиоволновом диапазоне было известно, что радиоисточник Стрелец-А имеет сложную пространственную структуру. В 1971 г. Даунс и Мартин, проводя наблюдения на Камбриджском радиотелескопе с базой 1,6 км на частотах 2,7 и 5 ГГц с разрешением около 10′, выяснили, что радиоисточник состоит из двух диффузных облаков, находящихся на расстоянии 1′ друг от друга: восточная часть (Sgr A) излучает радиоволновой спектр нетепловой природы, а западная (Sgr A*) представляет собой радиоизлучающее облако горячего ионизированного газа диаметром около 45″ (1,8 пк)[3]. В 1974 году Б. Балик и С. Сандерс провели на 43-метровом радиотелескопе Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) картографирование радиоисточника Стрелец-А на частотах 2,7 и 8,1 ГГц с разрешением 2″[13]. Было обнаружено, что оба радиоисточника представляют собой компактные образования диаметром менее 10″ (0,4 пк), окружённые облаками горячего газа.

Начало наблюдений в инфракрасном диапазоне[править | править вики-текст]

Вплоть до конца 1960-х годов не существовало эффективных инструментов для изучения центральных областей Галактики, поскольку плотные облака космической пыли, закрываюшие от наблюдателя галактическое ядро, полностью поглощают идущее из ядра видимое излучение и значительно осложняют работу в радиодиапазоне.

Ситуация коренным образом изменилась благодаря развитию инфракрасной астрономии, для которой космическая пыль практически прозрачна. Ещё в 1947 году Стеббинс и А. Уитфорд, используя фотоэлемент, сканировали галактический экватор на длине волны 1,03 мкм, однако не обнаружили дискретного инфракрасного источника[14]. В. И. Мороз в 1961 году провёл аналогичное сканирование окрестностей Sgr A на волне 1,7 мкм и тоже потерпел неудачу[15]. В 1966 году Е. Беклин сканировал район Sgr A в диапазоне 2,0—2,4 мкм и впервые обнаружил источник, по положению и размерам соответствоваший радиоисточнику Стрелец-А. В 1968 году Е. Беклин и Г. Нойгебауэр провели сканирование для длин волн 1,65, 2,2 и 3,4 мкм с разрешением 0,08—1,8″ и обнаружили объект сложной структуры, состоявший из основного инфракрасного источника диаметром 5′, компактного объекта внутри него, расширенной фоновой области и нескольких компактных звездообразных источников в непосредственной близости от основного источника[16].

В середине 1970-х годов начинается исследование динамических характеристик наблюдаемых объектов. В 1976 году Е.Воллман спектральными методами (использовалась линия излучения однократно ионизованного неона Ne II с длиной волны 12,8 мкм) исследовал скорость движения газов, в области диаметром 0,8 пк вокруг галактического центра. Наблюдения показали симметричное движение газа со скоростями около 75 км/c. По полученным данным Воллман предпринял одну из первых попыток оценить массу объекта, предположительно находящегося в центре галактики. Полученный им верхний предел массы оказался равным 4·106 M[17].

Обнаружение компактных инфракрасных источников[править | править вики-текст]

Дальнейшее увеличение разрешающей способности телескопов позволило выделить в газовом облаке, окружающем центр галактики, несколько компактных инфракрасных источников. В 1975 году Е. Беклин и Г. Нойгебауэр составили инфракрасную карту центра галактики для длин волн 2,2 и 10 мкм с разрешением 2″,5, на которой выделили 20 обособленных источников, получивших название IRS1—IRS20[18]. Четыре из них (1, 2, 3, 5) позиционно совпали с известными по радионаблюдениям компонентами радиоисточника Sgr A. Природа выделенных источников долгое время обсуждалась. Один из них (IRS 7) идентифицирован как молодая звезда-сверхгигант, несколько других — как молодые гиганты. IRS 16 оказался очень плотным (106 M на пк³) скоплением звёзд-гигантов и карликов. Остальные источники предположительно являлись компактными облаками H II и планетарными туманностями, в некоторых из которых присутствовали звёздные компоненты[19]. Продольная скорость отдельных источников лежала в пределах ±260 км/c, диаметр составлял 0,1—0,45 пк, масса 0,1—10 M, расстояние от центра Галактики 0,05—1,6 пк. Масса центрального объекта оценивалась как 3·106 M, таким же был порядок массы, распределённой в области радиусом 1 пк вокруг центра. Поскольку вероятная ошибка при вычислении масс была того же порядка, допускалась возможность отсутствия центрального тела, при этом распределённая в радиусе 1 пк масса оценивалась как 0,8—1,6·107 M [20].

Последующее десятилетие характеризовалось постепенным ростом разрешающей способности оптических приборов и выявлением всё более подробной структуры инфракрасных источников. К 1985 году стало ясно, что наиболее вероятным местом нахождения центральной чёрной дыры является источник, обозначенный как IRS 16. Были обнаружены также два мощных потока ионизированного газа, один из которых вращался по круговой орбите на расстоянии 1,7 пк от центра Галактики, а второй — по параболической на расстоянии 0,5 пк. Масса центрального тела, рассчитанная по скорости этих потоков составила 4,7·106 M по первому потоку и 3,5·106 M по второму[21].

Наблюдение отдельных звёзд[править | править вики-текст]

Звёзды в пределах ±0,5″ от центра Галактики (рисунок)
Траектории звёзд, ближайших к центру Галактики по данным наблюдений 1995—2003 годов

В 1991 году вступил в строй инфракрасный матричный детектор SHARP I на 3,5-метровом телескопе Европейской южной обсерватории (ESO) в Ла-Силла (Чили). Камера диапазона 1—2,5 мкм обеспечивала разрешение 50 угловых мкс на 1 пиксель матрицы. Кроме того, был установлен 3D-спектрометр на 2,2-метровом телескопе той же обсерватории.

С появлением инфракрасных детекторов высокого разрешения стало возможным наблюдать в центральных областях Галактики отдельные звёзды. Изучение их спектральных характеристик показало, что большинство из них относятся к молодым звёздам возрастом несколько миллионов лет. Вопреки ранее принятым взглядам, было установлено, что в окрестностях сверхмассивной чёрной дыры активно идёт процесс звездообразования. Полагают, что источником газа для этого процесса являются два плоских аккреционных газовых кольца, обнаруженных в центре Галактики в 1980-х годах. Однако внутренний диаметр этих колец слишком велик, чтобы объяснить процесс звездообразования в непосредственной близости от чёрной дыры. Звёзды, находящиеся в радиусе 1″ от чёрной дыры (так называемые «S-звёзды») имеют случайное направление орбитальных моментов, что противоречит аккреционному сценарию их возникновения. Предполагается, что это горячие ядра красных гигантов, которые образовались в отдалённых районах Галактики, а затем мигрировали в центральную зону, где их внешние оболочки были сорваны приливными силами чёрной дыры[22].

К 1996 году были известны более 600 звёзд в области диаметром около парсека (25″) вокруг радиоисточника Стрелец А*, а для 220 из них были надёжно определены радиальные скорости. Оценка массы центрального тела составляла 2—3·106 M, радиуса — 0,2 св. лет.

В настоящее время (октябрь 2009 года) разрешающая способность инфракрасных детекторов достигла 0,″0003 (что на расстоянии 8 кпс соответствует 2,5 а. е.). Число звёзд в пределах 1 пс от центра Галактики, для которых измерены параметры движения, превысило 6000[23].

Рассчитаны точные орбиты для ближайших к центру Галактики 28 звёзд, наиболее интересной среди которых является звезда S2. За время наблюдений (1992—2007), она сделала полный оборот вокруг чёрной дыры, что позволило с большой точностью оценить параметры её орбиты. Период обращения S2 составляет 15,80(11) года, большая полуось орбиты 0,″123(1) (1000 а. е.), эксцентриситет 0,880(3), максимальное приближение к центральному телу 0,″015 или 120 а. е.[4] Точное измерение параметров орбиты S2, которая оказалась близкой к кеплеровской, позволила с высокой точностью оценить массу центрального тела. По последним оценкам она равна

\ ( 4,31 \pm 0,06\mid _{stat} \pm \, 0,36 \mid _{R_0} ) \times 10^6 M_\odot,

где ошибка 0,06 вызвана погрешностью измерения параметров орбиты звезды S2, а ошибка 0,36 — погрешностью измерения расстояния от Солнца до центра Галактики[4]. В 2012 году была открыта звезда S0-102 с ещё более коротким периодом обращения вокруг чёрной дыры — 11,5 лет[24].

Наиболее точные современные оценки расстояния до центра Галактики дают R0 = 8,33 ± 0,35 кпк. Пересчёт массы центрального тела при изменении оценки расстояния производится по формуле M = 4,31·(R0/8,33 кпк)2,19 ± 0,06 ± 8,6 ΔR/R0) × 106 M.

Гравитационный радиус чёрной дыры массой 4·106 масс Солнца составляет примерно 12 млн км или 0,08 а. е., то есть в 1400 раз меньше, чем ближайшее расстояние, на которое подходила к центральному телу звезда S2. Однако среди исследователей практически нет сомнений, что центральный объект не является скоплением звёзд малой светимости, нейтронных звёзд или чёрных дыр, поскольку, сконцентрированные в таком малом объёме, они неизбежно бы слились за короткое время в единый сверхмассивный объект, который не может быть ничем иным, кроме чёрной дыры.

В ноябре 2004 было открыто скопление из семи звёзд, которое движется по орбите на расстоянии трёх световых лет вокруг объекта Стрелец A*. Возможно, оно представляет собой ядро бывшего массивного звёздного скопления, разрушенного приливными силами[25][26]. Движение этих звёзд относительно друг друга показывет, что в скопление входит чёрная дыра промежуточной массы M = 1300 M.

Свидетельства недавней активности[править | править вики-текст]

Наблюдения на космической обсерватории «Интеграл» (Европейское космическое агентство), выполненные российской командой астрономов под руководством Михаила Ревнивцева, показывают, что гигантское молекулярное облако Sgr B2, находящееся вблизи Sgr A*, является источником жёсткого рентгеновского излучения, что может быть объяснёно недавней высокой светимостью Sgr A*[27]. Это означает, что в очень недавнем прошлом (300—400 лет назад) Sgr A* мог быть типичным активным галактическим ядром малой светимости (L≈1,5·1039 эрг/с в диапазоне 2—200 кэВ), которая, однако, в миллион раз превышала современную светимость[28]. Этот вывод в 2011 г. подтвердили японские астрономы из Университета Киото[29].

G2 (газовое облако)[править | править вики-текст]

Открытое в 2002 году[30] газовое облако G2, массой около трёх земных, движется в направлении зоны аккреции Sgr A* (по состоянию на 2012 год).[31] По расчётам орбиты, к концу 2013 года оно должно было достигнуть перицентра, в 3000 радиусах горизонта событий от чёрной дыры (около 260 а.е., 36 световых часов). Существуют разные мнения о дальнейшем развитии событий, так как взаимодействие G2 с Sgr A* плохо предсказуемо. Нарушения целостности структуры G2 наблюдаются с 2009 года,[31] и не исключена вероятность его полного уничтожения. Аккреция G2 на Sgr A* может привести к интенсивному излучению чёрной дыры в рентгеновском и других диапазонах в течение нескольких десятилетий. По другим предположениям, внутри облака скрывается тусклая звезда или даже чёрная дыра, массой со звезду, что усилит сопротивление приливным силам Sgr A*, и облако пройдёт мимо без всяких последствий.[30] Также предполагается,[32] что облако может войти во взаимодействие с ближайшим окружением чёрной дыры и популяцией нейтронных звёзд, обращающихся, как считается, вокруг галактического центра, что может принести дополнительную информацию об этом регионе.[33]

Интенсивность аккреции на Sgr A* необъяснимо мала для чёрной дыры такой массы,[34] и может фиксироваться только благодаря её относительной близости к нам. Проход G2 около Sgr A* даст учёным шанс узнать много нового об аккреции вещества на сверхмассивные чёрные дыры. За процессом будут следить орбитальные обсерватории Чандра, XMM-Newton, Интеграл, Swift, GLAST и наземный Very Large Array. Ожидается подтверждение участия Very Large Telescope и обсерватории Кека.[35] Симуляцией прохода занимаются ESO и LLNL. Постоянный мониторинг Sgr A* ведёт Swift: ссылка на сайт.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Eisenhauer, F., Schödel, R. et al. “A geometric determination of the distance to the galactic center.” The Astrophysical Journal, 597, L121–L124, (2003).
  2. Data and scientific papers about Sagittarius A*
  3. 1 2 Downes, D.; Martin, A. H. M. Compact Radio Sources in the Galactic Nucleus // Nature. — 1971. — Vol. 233. — С. 112–114.
  4. 1 2 3 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. — Vol. 692. — С. 1075-1109.
  5. 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
  6. Ghez, A.M. 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)
  7. UCLA Galactic Center Group
  8. [0810.4674] Monitoring stellar orbits around the Massive Black Hole in the Galactic Center
  9. Beyond Any Reasonable Doubt: A Supermassive Black Hole Lives in Centre of Our Galaxy
  10. Doeleman, Sheperd; et al. (4 September 2008). «Event-horizon-scale structure in the supermassive black hole candidate at the Galactic Centre». Nature 455 (7209): 78–80. DOI:10.1038/nature07245. PMID 18769434. Bibcode2008Natur.455...78D.
  11. Oort, J. H.; Rougoor, G. W. The position of the galactic centre // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. — 1960. — Vol. 121. — С. 171.
  12. Downes, D.; Maxwell, A. Radio Observations of the Galactic Center Region // Astrophysical Journal. — 1966. — Vol. 146. — С. 653.
  13. Balick, Bruce; Sanders, Robert H. Radio Fine Structure in the Galactic Center // Astrophysical Journal. — 1974. — Vol. 192. — С. 325–336.
  14. Stebbins, Joel; Whitford, A. E. Infrared radiation from the region of the galactic center // Astrophysical Journal. — 1947. — Vol. 52. — С. 131.
  15. Moroz, V. I. An Attempt to Observe the Infrared Radiation of the Galactic Nucleus // Astronomicheskii Zhurnal. — 1961. — Vol. 38. — С. 487.
  16. Becklin, E. E.; Neugebauer, G. Infrared Observations of the Galactic Center // Astrophysical Journal. — 1968. — Vol. 151. — С. 145.
  17. 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.
  18. 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.
  19. 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.
  20. 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.
  21. Serabyn, E.; Lacy, J. H. Forbidden NE II observations of the galactic center - Evidence for a massive block hole // Astrophysical Journal, Part 1. — 1985. — Т. 293. — С. 445—458.
  22. 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. — Vol. 672. — С. L119-L122.
  23. Schödel, R.; Merritt, D.; Eckart, A. The nuclear star cluster of the Milky Way: proper motions and mass // Astronomy and Astrophysics. — 2009. — Vol. 502. — С. 91–111.
  24. L. Meyer, A. M. Ghez… [1] (англ.) = The Shortest Known Period Star Orbiting our Galaxy’s Supermassive Black Hole // Science. — 2012.
  25. Second black hole found at the centre of our Galaxy. News@Nature.com. Проверено 25 марта 2006. Архивировано из первоисточника 5 февраля 2012.
  26. 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 (англ.) // Astronomy & Astrophysics. — 2004. — Т. 423. — № 1. — С. 155−167.
  27. Staff. Integral rolls back history of Milky Way's super-massive black hole, Hubble News Desk (January 28, 2005). Проверено 8 января 2012.
  28. M. G. Revnivtsev et al. (2004). «Hard X-ray view of the past activity of Sgr A* in a natural Compton mirror». Astronomy and Astrophysics 425: L49-L52. DOI:10.1051/0004-6361:200400064. Bibcode2004A&A...425L..49R.
  29. M. Nobukawa et al. (2011). «New Evidence for High Activity of the Supermassive Black Hole in our Galaxy». The Astrophysical Journal Letters 739: L52. DOI:10.1088/2041-8205/739/2/L52. Bibcode2011ApJ...739L..52N.
  30. 1 2 Matson, John Gas Guzzler: Cloud Could Soon Meet Its Demise in Milky Way's Black Hole. Scientific American. Проверено 30 октября 2012.
  31. 1 2 Gillessen, S; Genzel, Fritz, Quataert, Alig, Burkert, Cuadra, Eisenhauer, Pfuhl, Dodds-Eden, Gammie & Ott (5/1/12). «A gas cloud on its way towards the supermassive black hole at the Galactic Centre». Nature 481: 51–54. DOI:10.1038/nature10652.
  32. (May 2013) «Gas Cloud G2 Can Illuminate the Black Hole Population Near the Galactic Center». Physical Review Letters 110 (22): 221102 (5 pages). DOI:10.1103/PhysRevLett.110.221102. Bibcode2013PhRvL.110v1102B.
  33. (August 2013) «Colliding with G2 near the Galactic Centre: a geometrical approach». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters 435 (1): L19-L23. DOI:10.1093/mnrasl/slt085. Bibcode2013MNRAS.435L..19D.
  34. Morris, Mark (04/01/2012). «Astrophysics: The Final Plunge». Nature 481: 32–33. DOI:10.1038/nature10767.
  35. Gillessen Wiki Page of Proposed Observations of G2 Passage. Проверено 30/10/12.

Литература[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]