Астрономи колаборації GRAVITY поспостерігали за найближчими до надмасивної чорної діри у центрі нашої галактики зірками і отримали найточніші на сьогодні вимірювання її маси та відстані до неї. Про свої результати спостереження за орбітами зірок вони повідомили у Astronomy & Astrophysics.
Положення зірок, що обертаються навколо Стрільця A* (в центрі), наприкінці березня 2021 року / European Southern Observatory
Яка чорна діра поруч з нами?
У центрі нашої галактики, Чумацькому Шляху, астрономи відшукали компактне радіоджерело під назвою Стрілець A*. І 2002 року групі астрономів на чолі з минулорічними нобелівськими лауреатами Рейнхард Гензель і Андреа Гез вдалося довести, що Стрілець A* — об'єкт масою не менше чотирьох мільйонів Сонць, який втім, займає область розміром не більше нашої Сонячної системи. Ця робота є переконливим доказом тому, що цей об'єкт пов'язаний із надмасивною чорною дірою у центрі Чумацького Шляху.
І вкрай важливу роль у дослідженні Стрільця A* зіграли зірки навколо нього, а саме — світило S2, яке обертається навколо нього. S2 має найкомпактнішу орбіту відносно Стрільця А* і належить до скупчення S-зірок, досліджуючи орбіти яких астрономам з групи Рейнхарда Гензеля цього разу вдалося отримати наразі найточніші оцінки маси чорної діри та відстані до неї.
Що вдалося з'ясувати?
Вимірювання та зображення, зроблені командою, стали можливими завдяки інструменту GRAVITY, що поєднує світло всіх чотирьох 8,2-метрових телескопів комплексу Дуже великого телескопа (Very Large Telescope). Астрономи оцінили рух наближених до об'єкта зірок S2, S29, S38, S55, і S300, яку вдалося знайти під час досліджень. Вона старша і слабша, ніж інші зірки, які бачили в цьому районі досі, що дає змогу виміряти її рух з надзвичайно високою точністю.
Всі ці світила є точними датчиками гравітаційного поля навколо найближчої до нас масивної чорної діри та за три десятиліття спостережень за ними, з 2017 по 2021 рік, дозволили дізнатися – маса діри становить 4,30х10^6 мас Сонця, а відстань до неї становить приблизно 8277 парсек.
До чого тут зірки поруч?
Через свій короткий період і яскравість S2 є найпомітнішою зіркою навколо Стрільця А* — вона кожні 16 років наближається до нього на 1500 радіусів Шварцшильда. Свій останній перицентр вона пройшла у травні 2018 року і тому завдяки збільшенню відстані від Стрільця А*, до 2021 року вдалося отримати інформацію про набагато слабші об'єкти біля нього. Так вдалося визначити точні позиції зірок S29, S38 та S55. Зокрема, S29 знаходиться на орбіті з періодом 90 років і пройшла свій перицентр наприкінці травня 2021 року, опинившись на мінімальній відстані у сотню астрономічних одиниць від Стрільця А*. Це приблизно в 90 разів більше відстані від Землі до Сонця, а швидкість S29 склала 8740 кілометрів на секунду.
Таким чином, вимірюючи швидкості зірок, що обертаються навколо Стрільця A*, астрономи і підрахували, що маса чорної діри приблизно в 4,30 мільйона разів більша за масу Сонця. Дані GRAVITY також підтверджують, що у будь-який час, а не лише раз на 16 років, як S2, ймовірно, є кілька зірок, які досить близькі до Стрільця А*, щоб він систематично впливав на їхнє положення так, щоб наземні телескопи могли це зафіксувати. Вчені прогнозують, що вже у 2022 році зірки S38 та S42 пройдуть перицентри своїх орбіт, а більше світил допоможе знайти Надзвичайно великий телескоп (Extremely Large Telescope, ELT), який мають ввести в експлуатацію до 2025 року.
Більше про присвячену Cтрільцю А*, який вписався у передбачення про формування чорних дір в рамках загальної теорії відносності, ми розповідали у новині про присуджену за це Нобелівську премію. А також нещодавно ми розповідали, як астрономи виміряли спін надмасивної чорної діри у нашій галактиці за розподілом S-зірок і перевірили альтернативну гіпотезу природи радіоджерела, де зірки S2 краще пояснюється не чорною дірою, а ядром темної матерії.