Skytten A* -Sagittarius A*

Skytten A*

Sagittarius A* afbildet af Event Horizon Telescope i 2017, udgivet i 2022
Observationsdata Epoch J2000       Equinox J2000
Konstellation	Skytten
Højre opstigning	17 t 45 m 40,0409 s
Deklination	−29° 0′ 28.118″
detaljer
Masse	8,26 × 10 36  kg (4,154  ± 0,014 ) × 106 M ☉
Astrometri
Afstand	26.673 ± 42  ly (8.178 ± 13  stk . )
Databasereferencer
SIMBAD	data

Skytten A* ( / ˈ eɪ s t ɑːr / AY star ), forkortet Sgr A* ( / ˈ s æ dʒ ˈ eɪ s t ɑːr / SAJ AY star ) er det supermassive sorte hul i Mælkevejens Galaktiske Center . Den er placeret nær grænsen til stjernebillederne Skytten og Skorpionen , omkring 5,6° syd for ekliptika , visuelt tæt på Sommerfuglehoben (M6) og Lambda Scorpii .

Objektet er en lysstærk og meget kompakt astronomisk radiokilde . Navnet Skytten A* følger af historiske årsager. I 1954 listede John D. Kraus , Hsien-Ching Ko og Sean Matt de radiokilder, de identificerede med radioteleskopet ved Ohio State University ved 250 MHz. Kilderne var arrangeret efter konstellation, og bogstavet tildelt dem var vilkårligt, hvor A betegnede den lyseste radiokilde i konstellationen. Stjernen * skyldes, at dens opdagelse blev betragtet som "spændende", parallelt med nomenklaturen for atomer i exciterede tilstande , som er angivet med en stjerne (f.eks. vil den exciterede tilstand af Helium være He*). Stjernen blev tildelt i 1982 af Robert L. Brown, som forstod, at den stærkeste radioemission fra galaksens centrum tilsyneladende skyldtes et kompakt ikke-termisk radioobjekt.

Observationerne af flere stjerner, der kredser om Skytten A*, især stjernen S2 , er blevet brugt til at bestemme massen og øvre grænser for objektets radius. Baseret på masse og stadig mere præcise radiusgrænser har astronomer konkluderet, at Skytten A* må være Mælkevejens centrale supermassive sorte hul. Den aktuelle værdi af dens masse er 4,154 ± 0,014 millioner solmasser .

Reinhard Genzel og Andrea Ghez blev tildelt Nobelprisen i fysik i 2020 for deres opdagelse af, at Sagittarius A* er et supermassivt kompakt objekt, hvor et sort hul var den eneste plausible forklaring på det tidspunkt.

Den 12. maj 2022 frigav astronomer ved hjælp af Event Horizon Telescope et billede af Skytten A* produceret ved hjælp af data fra radioobservationer i april 2017, hvilket bekræftede, at objektet var et sort hul. Dette er det andet bekræftede billede af et sort hul, efter Messier 87's supermassive sorte hul i 2019.

Observation og beskrivelse

ALMA -observationer af molekylær-brintrige gasskyer, med området omkring Skytten A* cirklet

Den 12. maj 2022 udgav Event Horizon Telescope for første gang et fotografi af Sagittarius A*, baseret på direkte radiobilleder, som blev taget i 2017, og bekræftede, at objektet indeholder et sort hul. Dette er det andet billede af et sort hul. Dette billede tog fem års beregninger at behandle ved at bruge en billedlagsteknik. Deres resultat giver en samlet vinkelstørrelse for kilden til51,8 ± 2,3  μas ). I en afstand på 26.000 lysår (8.000 parsecs ) giver dette en diameter på 51,8 millioner kilometer (32,2 millioner miles). Til sammenligning er Jorden 150 millioner kilometer (1,0 astronomisk enhed ; 93 millioner miles ) fra Solen , og Merkur er 46 millioner km (0,31 AU; 29 millioner mi) fra Solen ved perihelium . Egenbevægelsen af ​​Sgr A* er cirka -2,70  mas om året for den rigtige opstigning og -5,6 mas pr. år for deklinationen . Teleskopets måling af disse sorte huller testede Einsteins relativitetsteori mere stringent, end det tidligere er blevet gjort, og resultaterne matcher perfekt.

I 2019 afslørede målinger foretaget med High-Resolution Airborne Wideband Camera-Plus (HAWC+) monteret i SOFIA -flyet, at magnetiske felter forårsager den omgivende ring af gas og støv, hvis temperaturer varierer fra -280 til 17.500 °F (99,8 til 9.977,6 K; −173,3 til 9.704,4 °C), til at strømme ind i en bane omkring Skytten A*, hvilket holder sorte hul-emissioner lavt.

Astronomer har ikke været i stand til at observere Sgr A* i det optiske spektrum på grund af virkningen af ​​25 størrelser af udryddelse af støv og gas mellem kilden og Jorden.

Historie

Karl Jansky , der betragtes som en far til radioastronomi, opdagede i april 1933, at et radiosignal kom fra et sted i retning af stjernebilledet Skytten, mod centrum af Mælkevejen. Radiokilden blev senere kendt som Sagittarius A . Hans observationer strakte sig ikke helt så langt sydpå, som vi nu ved er det galaktiske center. Observationer af Jack Piddington og Harry Minnett ved hjælp af CSIRO radioteleskopet ved Potts Hill Reservoir, i Sydney opdagede en diskret og lysstærk "Sagittarius-Scorpius" radiokilde, som efter yderligere observation med 80 fod (24 meter) CSIRO radioteleskopet kl. Dover Heights blev identificeret i et brev til Nature som det sandsynlige Galactic Center.

Senere observationer viste, at Skytten A faktisk består af flere overlappende delkomponenter; en lysstærk og meget kompakt komponent, Sgr A*, blev opdaget den 13. og 15. februar 1974 af astronomerne Bruce Balick og Robert Brown ved hjælp af basislinjeinterferometeret fra National Radio Astronomy Observatory . Navnet Sgr A* blev opfundet af Brown i en avis fra 1982, fordi radiokilden var "spændende", og exciterede tilstande af atomer er angivet med stjerner.

Påvisning af et usædvanligt lyst røntgenudbrud fra Sgr A*

Siden 1980'erne har det været tydeligt, at den centrale komponent af Sgr A* sandsynligvis er et sort hul. I 1994 viste infrarøde og submillimeter spektroskopiundersøgelser foretaget af et Berkeley -hold, der involverede nobelpristageren Charles H. Townes og den fremtidige nobelprisvinder Reinhard Genzel , at massen af ​​Sgr A* var tæt koncentreret og af størrelsesordenen 3 millioner sole.

Den 16. oktober 2002 rapporterede et internationalt hold ledet af Reinhard Genzel ved Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics observation af bevægelsen af ​​stjernen S2 nær Sagittarius A* gennem en periode på ti år. Ifølge holdets analyse udelukkede dataene muligheden for, at Sgr A* indeholder en klynge af mørke stjerneobjekter eller en masse degenererede fermioner , hvilket styrker beviserne for et massivt sort hul. Observationerne af S2 brugte nær-infrarød (NIR) interferometri (i Ks-båndet, dvs. 2,1  μm ) på grund af reduceret interstellar ekstinktion i dette bånd. SiO - masere blev brugt til at justere NIR-billeder med radioobservationer, da de kan observeres i både NIR- og radiobånd. Den hurtige bevægelse af S2 (og andre nærliggende stjerner) skilte sig let ud mod langsommere bevægende stjerner langs sigtelinjen, så disse kunne trækkes fra billederne.

Støvet sky G2 passerer det supermassive sorte hul i midten af ​​Mælkevejen

VLBI-radioobservationerne af Skytten A* kunne også justeres centralt med NIR-billederne, så fokus for S2's elliptiske bane blev fundet at falde sammen med positionen for Skytten A*. Ud fra at undersøge Kepler-kredsløbet for S2 bestemte de, at massen af ​​Skytten A* var4,1 ± 0,6 millioner solmasser , begrænset i et volumen med en radius på ikke mere end 17 lystimer (120  AU  [18  milliarder  km ; 11 milliarder  mi ]). Senere observationer af stjernen S14 viste, at objektets masse var omkring 4,1 millioner solmasser inden for et volumen med radius ikke større end 6,25 lystimer (45 AU [6,7 milliarder km; 4,2 milliarder mi]). S175 passerede inden for en tilsvarende afstand. Til sammenligning er Schwarzschild-radius 0,08 AU (12 millioner km; 7,4 millioner mi). De bestemte også afstanden fra Jorden til det galaktiske center (Mælkevejens rotationscenter), hvilket er vigtigt ved kalibrering af astronomiske afstandsskalaer, som 8.000 ± 600 parsecs (30.000 ± 2.000 lysår ). I november 2004 rapporterede et hold astronomer om opdagelsen af ​​et potentielt sort hul med mellemmasse , kaldet GCIRS 13E , der kredser 3 lysår fra Skytten A*. Dette sorte hul med 1.300 solmasser er inden for en klynge af syv stjerner. Denne observation kan tilføje støtte til ideen om, at supermassive sorte huller vokser ved at absorbere nærliggende mindre sorte huller og stjerner.

Efter at have overvåget stjernernes kredsløb omkring Sagittarius A* i 16 år, har Gillessen et al. estimeret objektets masse til4,31 ± 0,38 millioner solmasser. Resultatet blev annonceret i 2008 og offentliggjort i The Astrophysical Journal i 2009. Reinhard Genzel , teamleder af forskningen, sagde, at undersøgelsen har leveret "det, der nu anses for at være det bedste empiriske bevis for, at supermassive sorte huller virkelig eksisterer. Den stjerne kredsløb i det galaktiske center viser, at den centrale massekoncentration på fire millioner solmasser må være et sort hul uden for enhver rimelig tvivl."

Den 5. januar 2015 rapporterede NASA, at de observerede et røntgenudbrud 400 gange lysere end normalt, en rekordslået, fra Sgr A*. Den usædvanlige begivenhed kan ifølge astronomer være forårsaget af, at en asteroide er gået i stykker, der falder ned i det sorte hul, eller af sammenfiltringen af ​​magnetiske feltlinjer i gas, der strømmer ind i Sgr A*.

Den 13. maj 2019 oplevede astronomer, der brugte Keck Observatory , en pludselig oplysning af Sgr A*, som blev 75 gange lysere end normalt, hvilket tyder på, at det supermassive sorte hul muligvis er stødt på et andet objekt.

Supernova -rest ejecta producerer planetdannende materiale

Centralt sort hul

NuSTAR har fanget disse første, fokuserede visninger af det supermassive sorte hul i hjertet af Mælkevejen i højenergi røntgenstråler

I et papir offentliggjort den 31. oktober 2018 blev opdagelsen af ​​afgørende beviser for, at Skytten A* er et sort hul, annonceret. Ved at bruge GRAVITY- interferometeret og de fire teleskoper i Very Large Telescope (VLT) til at skabe et virtuelt teleskop på 130 meter (430 fod) i diameter, opdagede astronomer gasklumper, der bevægede sig med omkring 30 % af lysets hastighed. Emission fra meget energiske elektroner meget tæt på det sorte hul var synligt som tre fremtrædende lyse udbrud. Disse matcher nøjagtigt teoretiske forudsigelser for varme pletter, der kredser tæt på et sort hul på fire millioner solmasser. Udbrændingerne menes at stamme fra magnetiske interaktioner i den meget varme gas, der kredser meget tæt på Skytten A*.

I juli 2018 blev det rapporteret, at S2 , der kredsede om Sgr A*, var blevet registreret med 7.650 km/s (17,1 millioner mph), eller 2,55 % af lysets hastighed , førende op til pericenter- tilgangen i maj 2018 ved omkring 120  AU (18  milliarder  km ; 11 milliarder  mi ) (ca. 1.400 Schwarzschild radier ) fra Sgr A*. I den tætte afstand til det sorte hul forudsiger Einsteins teori om generel relativitet (GR), at S2 ville vise en mærkbar gravitationel rødforskydning ud over den sædvanlige hastighedsrødforskydning; den gravitationelle rødforskydning blev detekteret i overensstemmelse med GR-forudsigelsen inden for 10 procent målingspræcision.

Hvis man antager, at den generelle relativitetsteori stadig er en gyldig beskrivelse af tyngdekraften nær begivenhedshorisonten, er Sagittarius A*-radioemissionerne ikke centreret om det sorte hul, men opstår fra et lyspunkt i området omkring det sorte hul, tæt på begivenhedshorisonten, muligvis i tilvækstskiven eller en relativistisk stråle af materiale udstødt fra skiven. Hvis den tilsyneladende position af Skytten A* var nøjagtigt centreret på det sorte hul, ville det være muligt at se det forstørret ud over dets størrelse på grund af gravitationslinser af det sorte hul. Ifølge den generelle relativitetsteori ville dette resultere i en ringlignende struktur, som har en diameter på omkring 5,2 gange det sorte huls Schwarzschild-radius . For et sort hul på omkring 4 millioner solmasser svarer dette til en størrelse på cirka 52  μas , hvilket stemmer overens med den observerede samlede størrelse på omkring 50 μas.

Nylige observationer med lavere opløsning afslørede, at Sagittarius A*'s radiokilde er symmetrisk. Simuleringer af alternative teorier om tyngdekraft viser resultater, der kan være svære at skelne fra GR. Imidlertid forudsiger et papir fra 2018 et billede af Skytten A*, der er i overensstemmelse med de seneste observationer; det forklarer især den lille vinkelstørrelse og den symmetriske morfologi af kilden.

Massen af ​​Skytten A* er blevet estimeret på to forskellige måder:

1. To grupper – i Tyskland og USA – overvågede individuelle stjerners kredsløb meget tæt på det sorte hul og brugte Keplers love til at udlede den omsluttede masse. Den tyske gruppe fandt en masse af4,31 ± 0,38 millioner solmasser, hvorimod den amerikanske gruppe fandt4,1 ± 0,6 millioner solmasser. I betragtning af at denne masse er begrænset inde i en kugle med en diameter på 44 millioner kilometer, giver dette en tæthed ti gange højere end tidligere skøn.
2. For nylig har måling af egenbevægelserne af en prøve på flere tusinde stjerner inden for cirka en parsec fra det sorte hul, kombineret med en statistisk teknik , givet både et skøn over det sorte huls masse ved3.6+0,2
   -0,4× 10 ⁶ M _☉ , plus en fordelt masse i den centrale parsec på(1 ± 0,5 ) x 106 M ^☉ _. Sidstnævnte menes at være sammensat af stjerner og stjernerester .

Magneter fundet meget tæt på det supermassive sorte hul , Sagittarius A*, i centrum af Mælkevejsgalaksen

Den forholdsvis lille masse af dette supermassive sorte hul , sammen med den lave lysstyrke af radio- og infrarøde emissionslinjer, antyder, at Mælkevejen ikke er en Seyfert-galakse .

I sidste ende er det, der ses, ikke selve det sorte hul, men observationer, der kun er konsistente, hvis der er et sort hul nær Sgr A*. I tilfælde af et sådant sort hul udgår den observerede radio- og infrarøde energi fra gas og støv, der er opvarmet til millioner af grader, mens den falder ned i det sorte hul. Selve det sorte hul menes kun at udsende Hawking-stråling ved en ubetydelig temperatur i størrelsesordenen 10-14 ^kelvin .

Den Europæiske Rumorganisations gammastråleobservatorium INTEGRAL observerede gammastråler, der interagerer med den nærliggende gigantiske molekylsky Sagittarius B2 , hvilket forårsager røntgenstråling fra skyen. Den samlede lysstyrke fra dette udbrud ( L ≈1,5 × 10³⁹ erg/s) estimeres til at være en million gange stærkere end strømudgangen fra Sgr A* og er sammenlignelig med en typisk aktiv galaktisk kerne . I 2011 blev denne konklusion støttet af japanske astronomer, der observerede Mælkevejens centrum med Suzaku -satellitten.

I juli 2019 rapporterede astronomer, at de fandt en stjerne, S5-HVS1 , der rejste 1.755 km/s (3,93 millioner mph) eller 0,006 c . Stjernen er i stjernebilledet Grus (eller Crane) på den sydlige himmel og omkring 29.000 lysår fra Jorden og kan være blevet drevet ud af Mælkevejsgalaksen efter at have interageret med Skytten A*, det supermassive sorte hul i centrum af galaksen.

Stjerner i kredsløb

Udledte kredsløb af 6 stjerner omkring supermassive sorte hul-kandidat Skytten A* i Mælkevejens centrum

Stjerner bevæger sig rundt i Skytten A* som set i 2018

Stjerner bevæger sig rundt i Skytten A* som set i 2021

Der er en række stjerner i tæt kredsløb omkring Skytten A*, som tilsammen er kendt som "S-stjerner". Disse stjerner observeres primært i K-bånds infrarøde bølgelængder, da interstellart støv drastisk begrænser synlighed i synlige bølgelængder. Dette er et hurtigt skiftende felt - i 2011 blev de mest fremtrædende stjerners kredsløb plottet i diagrammet til højre, som viser en sammenligning mellem deres kredsløb og forskellige kredsløb i solsystemet. Siden da har S62 vist sig at nærme sig endnu tættere end disse stjerner.

De høje hastigheder og tætte tilgange til det supermassive sorte hul gør disse stjerner nyttige til at etablere grænser for de fysiske dimensioner af Skytten A*, såvel som til at observere generel-relativitetsrelaterede effekter som periapse skift af deres baner. Der holdes aktivt øje med muligheden for, at stjerner nærmer sig begivenhedshorisonten tæt nok på til at blive forstyrret, men ingen af ​​disse stjerner forventes at lide den skæbne. Den observerede fordeling af planerne i S-stjernernes kredsløb begrænser spin af Skytten A* til mindre end 10 % af dens teoretiske maksimumværdi.

Fra 2020 er S4714 den nuværende rekordindehaver af den nærmeste tilgang til Skytten A*, på omkring 12,6 AU (1,88 milliarder km), næsten så tæt som Saturn kommer på Solen, og rejser med omkring 8% af lysets hastighed. Disse tal er omtrentlige, idet de formelle usikkerheder er12,6 ± 9,3 AU og23.928 ± 8.840 km/s . Dens omløbsperiode er 12 år, men en ekstrem excentricitet på 0,985 giver den den tætte tilgang og høje hastighed.

Et uddrag fra en tabel over denne klynge (se Skytten A* klynge ), med de mest fremtrædende medlemmer. I nedenstående tabel er id1 stjernens navn i Gillessen-kataloget og id2 i kataloget fra University of California, Los Angeles. a , e , i , Ω og ω er standard orbitale elementer , med en målt i buesekunder . Tp er epoken for pericenterpassage, P er omløbsperioden i år, og Kmag er det infrarøde K-bånds tilsyneladende størrelse af stjernen. q og v er pericenterafstanden i AU og pericenterhastigheden i procent af lysets hastighed .

Opdagelse af G2 gassky på et tilvækstkursus

Først bemærket som noget usædvanligt på billeder af Mælkevejens centrum i 2002, blev gasskyen G2, som har en masse omkring tre gange Jordens, bekræftet at være sandsynlig på en kurs, der fører den ind i tilvækstzonen af ​​Sgr A. * i et papir offentliggjort i Nature i 2012. Forudsigelser af dens kredsløb antydede, at den ville komme tættest på det sorte hul (en perinigricon ) i begyndelsen af ​​2014, da skyen var i en afstand på lidt over 3.000 gange begivenhedens radius horisont (eller ≈260 AU, 36 lystimer) fra det sorte hul. G2 er blevet observeret at være forstyrrende siden 2009, og blev af nogle forudsagt at blive fuldstændig ødelagt af mødet, hvilket kunne have ført til en betydelig oplysning af røntgenstråler og anden emission fra det sorte hul. Andre astronomer foreslog, at gasskyen kunne skjule en svag stjerne eller et binært stjernefusionsprodukt, som ville holde den sammen mod tidevandskræfterne fra Sgr A*, hvilket tillader ensemblet at passere uden nogen virkning. Ud over tidevandseffekterne på selve skyen, blev det foreslået i maj 2013, at G2, før dets perinigricon, kunne opleve flere tætte møder med medlemmer af sorthuls- og neutronstjernepopulationerne, der menes at kredse i nærheden af ​​Galactic Center, giver et indblik i området omkring det supermassive sorte hul i midten af ​​Mælkevejen.

Den gennemsnitlige tilvæksthastighed på Sgr A* er usædvanlig lille for et sort hul af dets masse og kan kun påvises, fordi det er så tæt på Jorden. Man mente, at passagen af ​​G2 i 2013 kunne give astronomer mulighed for at lære meget mere om, hvordan materiale samler sig på supermassive sorte huller. Adskillige astronomiske faciliteter observerede denne nærmeste tilgang, med observationer bekræftet med Chandra , XMM , VLA , INTEGRAL , Swift , Fermi og anmodet hos VLT og Keck .

Simuleringer af passagen blev lavet, før det skete af grupper på ESO og Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL).

Da skyen nærmede sig det sorte hul, sagde Dr. Daryl Haggard : "Det er spændende at have noget, der føles mere som et eksperiment", og håbede, at interaktionen ville frembringe effekter, der ville give ny information og indsigt.

Der blev ikke observeret noget under og efter skyens tætteste tilgang til det sorte hul, hvilket blev beskrevet som mangel på "fyrværkeri" og et "flop". Astronomer fra UCLA Galactic Center Group offentliggjorde observationer opnået den 19. og 20. marts 2014, hvor de konkluderede, at G2 stadig var intakt (i modsætning til forudsigelser for en simpel gasskyhypotese), og at skyen sandsynligvis havde en central stjerne.

En analyse offentliggjort den 21. juli 2014, baseret på observationer fra ESO 's Very Large Telescope i Chile, konkluderede alternativt, at skyen, snarere end at være isoleret, kunne være en tæt klump i en kontinuerlig, men tyndere strøm af stof, og ville fungere som en konstant brise på stofskiven, der kredser om det sorte hul, snarere end pludselige vindstød, der ville have forårsaget høj lysstyrke, da de ramte, som oprindeligt forventet. Understøtter denne hypotese, havde G1, en sky, der passerede nær det sorte hul for 13 år siden, en bane næsten identisk med G2, i overensstemmelse med begge skyer, og en gashale, der menes at være bagud G2, som alle er tættere klumper i en stor enkelt gas. strøm.

Professor Andrea Ghez et al. foreslog i 2014, at G2 ikke er en gassky, men snarere et par binære stjerner, der havde kredset om det sorte hul i tandem og smeltet sammen til en ekstremt stor stjerne.

Kunstnerindtryk af tilvæksten af ​​gasskyen G2 på Sgr A*. Kredit: ESO

Denne simulering viser en gassky, opdaget i 2011, da den passerer tæt på det supermassive sorte hul i midten af ​​Mælkevejen

Denne videosekvens viser bevægelsen af ​​den støvede sky G2, når den lukker sig om og derefter passerer det supermassive sorte hul i midten af ​​Mælkevejen.

Se også

• Galactic Center GeV overskud
• Liste over nærmeste sorte huller

Referencer

Yderligere læsning

eksterne links

• UCLA Galactic Center Group – seneste resultater hentet 8/12/2009
• Er der et supermassivt sort hul i midten af ​​Mælkevejen? ( arXiv preprint)
• 2004 papir, der udleder massen af ​​det centrale sorte hul fra kredsløb med 7 stjerner ( arXiv preprint)
• ESO-videoklip af kredsende stjerne (533 KB MPEG-video)
• Den rette bevægelse af Sgr A* og messen af ​​Sgr A* (PDF)
• NRAO-artikel vedrørende VLBI-radiobilleddannelse af Sgr A*
• Peering into a Black Hole , 2015 New York Times -video
• Billede af det supermassive sorte hul Sagittarius A* (2022) , Harvard Center for Astrophysics
• Video (65:30) – EHT-konference, der præsenterer det første billede af Sgr A* på YouTube ( NSF ; 12. maj 2022)