هل هناك شيء آخر مخفي في مركز مجرة ​​درب التبانة؟

رسم توضيحي للثقب الأسود القوس A * في وسط مجرة ​​درب التبانة. الائتمان: مرصد الجوزاء الدولي / NOIRLab / NSF / AURA / J. دا سيلفا / (Spaceengine) ، شكر وتقدير: M. Zamani (NSF’s NOIRLab)

قال راينهارد جينزل ، مدير معهد ماكس بلانك للفيزياء خارج كوكب الأرض والمشترك في الحصول على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2020: “نحن ممتنون جدًا لمرصد الجوزاء ، الذي أعطتنا أداة GNIRS الخاصة به المعلومات الهامة التي نحتاجها”. “يُظهر هذا البحث التعاون العالمي في أفضل حالاته.”

يحتوي مركز المجرة التابع لمجرة درب التبانة ، الذي يقع على بعد حوالي 27000 سنة ضوئية من الشمس ، على مصدر الراديو المضغوط Sgr A * الذي حدده علماء الفلك على أنه ثقب أسود فائق الكتلة يبلغ 4.3 مليون مرة كتلة الشمس. على الرغم من عقود من الملاحظات المضنية – وتم منح جائزة نوبل لاكتشاف هوية Sgr A *^[3] – لقد كان من الصعب إثبات بشكل قاطع أن غالبية هذه الكتلة تنتمي فقط إلى الثقب الأسود الهائل ولا تتضمن أيضًا كمية هائلة من المادة مثل النجوم ، الأصغر الثقوب السوداءأو الغبار والغاز بين النجوم ، أو المادة المظلمة.

تُظهر هذه الصور المشروحة ، التي تم الحصول عليها باستخدام أداة GRAVITY على مقياس التداخل التلسكوب الكبير جدًا (VLTI) التابع لـ ESO بين مارس ويوليو 2021 ، النجوم التي تدور بالقرب من القوس A * ، الثقب الأسود الهائل في قلب مجرة ​​درب التبانة. لوحظ أحد هذه النجوم ، المسمى S29 ، حيث كان يقترب من الثقب الأسود في أقرب وقت له على مسافة 13 مليار كيلومتر ، أي 90 ضعف المسافة بين الشمس والأرض. تم اكتشاف نجم آخر ، يُدعى S300 ، لأول مرة في ملاحظات VLTI الجديدة التي أبلغ عنها ESO.
باستخدام Gemini North من مرصد الجوزاء الدولي ، وهو برنامج من NSF’s NOIRLab و ESO’s VLT ، قاس علماء الفلك بدقة أكثر من أي وقت مضى موقع وسرعة هذه النجوم S29 و S55 (بالإضافة إلى النجوم S2 و S38) ، ووجدوها تتحرك بطريقة تُظهر أن الكتلة الموجودة في مركز مجرة ​​درب التبانة ترجع بالكامل تقريبًا إلى الثقب الأسود Sagittarius A * ، مما يترك مساحة صغيرة جدًا لأي شيء آخر. الائتمان: تعاون ESO / GRAVITY

“مع منح جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2020 للتأكيد على أن Sgr A * هو بالفعل ثقب أسود ، نريد الآن المضي قدمًا. نود أن نفهم ما إذا كان هناك أي شيء آخر مخفي في مركز درب التبانة ، وما إذا كانت النسبية العامة هي بالفعل النظرية الصحيحة للجاذبية في هذا المختبر المتطرف ، أوضح ستيفان جيلسن ، أحد علماء الفلك المشاركين في هذا العمل. “الطريقة الأكثر مباشرة للإجابة على هذا السؤال هي متابعة مدارات النجوم التي تمر بالقرب من Sgr A * عن كثب.”

تتنبأ نظرية النسبية العامة لأينشتاين بأن مدارات النجوم حول جسم مدمج فائق الكتلة تختلف اختلافًا طفيفًا عن تلك التي تنبأت بها فيزياء نيوتن الكلاسيكية. على وجه الخصوص ، تتنبأ النسبية العامة بأن مدارات النجوم سوف ترسم شكل وردة أنيق – وهو تأثير يُعرف باسم شوارزشيلد الاستباقية. لرؤية النجوم تتتبع هذه الوردة بالفعل ، تتبع الفريق موقع وسرعة أربعة نجوم في المنطقة المجاورة مباشرة لـ Sgr A * – تسمى S2 و S29 و S38 و S55. سمحت ملاحظات الفريق عن المدى الذي وصلت إليه هذه النجوم باستنتاج توزيع الكتلة داخل Sgr A *. اكتشفوا أن أي كتلة ممتدة داخل مدار النجم S2 تساهم على الأكثر بما يعادل 0.1٪ من كتلة الثقب الأسود الهائل.

https://www.youtube.com/watch؟v=7WBZglhV-Tk
تسلسل متحرك لـ[{” attribute=””>ESO’s Very Large Telescope Interferometer (VLTI) images of stars around the Milky Way’s central black hole. This animation shows the orbits of the stars S29 and S55 as they move close to Sagittarius A* (center), the supermassive black hole at the heart of the Milky Way. As we follow the stars along in their orbits, we see real images of the region obtained with the GRAVITY instrument on the VLTI in March, May, June and July 2021. In addition to S29 and S55, the images also show two fainter stars, S62 and S300. S300 was detected for the first time in new VLTI observations reported by ESO.

Measuring the minute variations in the orbits of distant stars around our galaxy’s supermassive black hole is incredibly challenging. To make further discoveries, astronomers will have to push the boundaries not only of science but also of engineering. Upcoming extremely large telescopes (ELTs) such as the Giant Magellan Telescope and the Thirty Meter Telescope (both part of the US-ELT Program) will allow astronomers to measure even fainter stars with even greater precision.

“We will improve our sensitivity even further in future, allowing us to track even fainter objects,” concluded Gillessen. “We hope to detect more than we see now, giving us a unique and unambiguous way to measure the rotation of the black hole.”

https://www.youtube.com/watch؟v=K2SUQmGwX40
التكبير في قلب مجرة ​​درب التبانة لرؤية النجوم كما لوحظ من قبل التلسكوب الكبير جدًا التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي (آخر ملاحظة كانت من عام 2019). إن التكبير بشكل أكبر يكشف عن نجوم أقرب إلى الثقب الأسود ، لوحظ باستخدام أداة GRAVITY على مقياس التداخل التلسكوب الكبير جدًا التابع لـ ESO في منتصف عام 2021.

قال مارتن ستيل ، مسؤول برنامج الجوزاء في مؤسسة العلوم الوطنية: “تواصل مراصد جيميني تقديم رؤية جديدة لطبيعة مجرتنا والثقب الأسود الهائل في مركزها”. “مزيد من تطوير الأدوات خلال العقد المقبل والمخصص للاستخدام على نطاق واسع سيحافظ على ريادة NOIRLab في توصيف الكون من حولنا.”

لمزيد من المعلومات حول هذا البحث ، انظر شاهد النجوم يتسابقون حول الثقب الأسود الهائل في مجرة ​​درب التبانة.

ملحوظات

1. يُنطق القوس A * باسم “برج القوس نجم”.
2. يتكون VLT الخاص بـ ESO من أربعة تلسكوبات فردية ذات موقع واحد يبلغ قطرها 8.2 متر والتي يمكن أن تجمع الضوء من خلال شبكة من المرايا والأنفاق تحت الأرض باستخدام تقنية تعرف باسم قياس التداخل ، لتشكيل VLTI. يستخدم GRAVITY هذه التقنية لقياس موضع أجسام السماء ليلاً بارتفاع[{” attribute=””>accuracy — equivalent to picking out a quarter-dollar coin on the surface of the Moon.
3. The 2020 Nobel Prize in Physics was awarded in part to Reinhard Genzel and Andrea Ghez “for the discovery of a supermassive compact object at the center of our galaxy.”

This research is presented in the paper “The mass distribution in the Galactic Centre from interferometric astrometry of multiple stellar orbits” which is published in Astronomy & Astrophysics. A companion paper “Deep Images of the Galactic Center with GRAVITY” has also been published in Astronomy & Astrophysics.

References:

“Mass distribution in the Galactic Center based on interferometric astrometry of multiple stellar orbits” by GRAVITY Collaboration: R. Abuter, N. Aimar, A. Amorim, J. Ball, M. Bauböck, J. P. Berger, H. Bonnet, G. Bourdarot, W. Brandner, V. Cardoso, Y. Clénet, Y. Dallilar, R. Davies, P. T. de Zeeuw, J. Dexter, A. Drescher, F. Eisenhauer, N. M. Förster Schreiber, A. Foschi, P. Garcia, F. Gao, E. Gendron, R. Genzel, S. Gillessen, M. Habibi, X. Haubois, G. Heißel,??, T. Henning, S. Hippler, M. Horrobin, L. Jochum, L. Jocou, A. Kaufer, P. Kervella, S. Lacour, V. Lapeyrère, J.-B. Le Bouquin, P. Léna, D. Lutz, T. Ott, T. Paumard, K. Perraut, G. Perrin, O. Pfuhl, S. Rabien, J. Shangguan, T. Shimizu, S. Scheithauer, J. Stadler, A.W. Stephens, O. Straub, C. Straubmeier, E. Sturm, L. J. Tacconi, K. R. W. Tristram, F. Vincent, S. von Fellenberg, F. Widmann, E. Wieprecht, E. Wiezorrek, J. Woillez, S. Yazici and A. Young, 19 January 2022, Astronomy & Astrophysics.
DOI: 10.1051/0004-6361/202142465

“Deep images of the Galactic center with GRAVITY” by GRAVITY Collaboration: R. Abuter, N. Aimar, A. Amorim, P. Arras, M. Bauböck, J. P. Berger, H. Bonnet, W. Brandner, G. Bourdarot, V. Cardoso, Y. Clénet, R. Davies, P. T. de Zeeuw, J. Dexter, Y. Dallilar, A. Drescher, F. Eisenhauer, T. Enßlin, N. M. Förster Schreiber, P. Garcia, F. Gao, E. Gendron, R. Genzel, S. Gillessen, M. Habibi, X. Haubois, G. Heißel, T. Henning, S. Hippler, M. Horrobin, A. Jiménez-Rosales, L. Jochum, L. Jocou, A. Kaufer, P. Kervella, S. Lacour, V. Lapeyrère, J.-B. Le Bouquin, P. Léna, D. Lutz, F. Mang, M. Nowak, T. Ott, T. Paumard, K. Perraut, G. Perrin, O. Pfuhl, S. Rabien, J. Shangguan, T. Shimizu, S. Scheithauer, J. Stadler, O. Straub, C. Straubmeier, E. Sturm, L. J. Tacconi, K. R. W. Tristram, F. Vincent, S. von Fellenberg, I. Waisberg, F. Widmann, E. Wieprecht, E. Wiezorrek, J. Woillez, S. Yazici, A. Young and G. Zins, 19 January 2022, Astronomy & Astrophysics.
DOI: 10.1051/0004-6361/202142459

More information

The team behind this result is composed of The GRAVITY Collaboration, R. Abuter (European Southern Observatory), A. Amorim (Universidade de Lisboa and CENTRA – Centro de Astrofísica e Gravitação), M. Bauböck (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and University of Illinois), J. P. Berger (University Grenoble Alpes and European Southern Observatory), H. Bonnet (European Southern Observatory), G. Bourdarot (University Grenoble Alpes and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), V. Cardoso (CENTRA – Centro de Astrofísica e Gravitação and CERN), Y. Clénet (LESIA, Observatoire de Paris), Y. Dallilar (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), R. Davies (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), P. T. de Zeeuw (Leiden University and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), J. Dexter (University of Colorado, Boulder), A. Drescher (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), A. Eckart (University of Cologne and Max Planck Institute for Radio Astronomy), F. Eisenhauer (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), N. M. Förster Schreiber (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), P. Garcia (Universidade do Porto and CENTRA – Centro de Astrofísica e Gravitação), F. Gao (Universität Hamburg and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Gendron (LESIA, Observatoire de Paris), R. Genzel (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and University of California, Berkeley), S. Gillessen (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), M. Habibi (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), X. Haubois (European Southern Observatory), G. Heißel (LESIA, Observatoire de Paris), T. Henning (Max Planck Institute for Astronomy), S. Hippler (Max Planck Institute for Astronomy), M. Horrobin (University of Cologne), L. Jochum (European Southern Observatory), L. Jocou (University Grenoble Alpes), A. Kaufer (European Southern Observatory), P. Kervella (LESIA, Observatoire de Paris), S. Lacour (LESIA, Observatoire de Paris), V. Lapeyrère (LESIA, Observatoire de Paris), J.-B. Le Bouquin (University Grenoble Alpes), P. Léna (LESIA, Observatoire de Paris), D. Lutz (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Ott (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Paumard (LESIA, Observatoire de Paris), K. Perraut (University Grenoble Alpes), G. Perrin (LESIA, Observatoire de Paris), O. Pfuhl (European Southern Observatory and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), S. Rabien (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), G. Rodríguez-Coira (LESIA, Observatoire de Paris), J. Shangguan (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Shimizu (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), S. Scheithauer (Max Planck Institute for Astronomy), J. Stadler (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), O. Straub (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), C. Straubmeier (University of Cologne), E. Sturm (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), L. J. Tacconi (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), K. R. W. Tristram (European Southern Observatory), F. Vincent (LESIA, Observatoire de Paris), S. von Fellenberg (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), F. Widmann (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Wieprecht (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Wiezorrek (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), J. Woillez (European Southern Observatory), S. Yazici (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and the University of Cologne), and A. Young (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics).