Ojedinělá studie černé díry v centru Galaxie

ESO 046/08 tisková zpráva

Tým německých astronomů vydal na základě 16leté studie zatím nejpodrobnější zprávu o skrytém monstru v centru naší Galaxie – supermasivní černé díře. Ke studiu využili přední dalekohledy Evropské jižní observatoře a sledováním orbitálních drah bezmála třiceti hvězd poodhalili roušku tajemství tohoto divokého koutu vesmíru. Studie 28 hvězd je 5krát rozsáhlejší než všechny předešlé. Jedna z hvězd za uplynulých 16 let stihla dokončit celý jeden oběh.

Neviditelnou supermasivní černou díru v centru Galaxie prozradil pohyb sledovaných hvězd. Jejich trajektorie musely být astronomy zaznamenány s nebývalou trpělivostí a přesností. Centrální oblast je známa pod označením Sagitarius A* (čti jako „hvězda Sagitarius A“). Poprvé byly provedeny přesné výpočty drah u tak velkého počtu hvězd. Díky tomu jsou nám dnes známy informace jak o záhadném pohybu těchto hvězd, tak o černé díře, ke které jsou gravitačně vázány. „Střed Galaxie je unikátní laboratoří pro studium základních jevů silného gravitačního působení, stelární dynamiky i formování hvězd. Nové informace jsou významné také pro pochopení jevů v okolí jiných galaktických jader, která nebudeme nikdy schopni pozorovat v takovém rozlišení,“ vysvětluje Reinhard Genzel, vedoucí týmu z Max-Planckova institutu pro extraterestrickou fyziku v Garchingu poblíž Mnichova.

Ve viditelném záření je pohled na centrální oblasti zastíněn mezihvězdným prachem, a proto pozorují astronomové infračervené světlo, které jím proniká. Přestože jde o výzkum na hranici technologických možností, vyplatí se. „Střed Galaxie obývá nejbližší známá supermasivní černá díra. Proto zde můžeme černé díry studovat velmi podrobně,“ tvrdí spoluautor práce Stefan Gillessen.

Skupina astronomů využila hvězdy v centrální oblasti a jejich pohyb jako „pokusné objekty". Podobně jako list, unášený větrem, poskytuje informace o složitém systému vzdušných proudů, přináší pohyb centrálních hvězd informace o silách působících v jádru Galaxie. Data z pozorování pomáhají stanovit vlastnosti samotné černé díry, například její hmotnost či vzdálenost. Publikovaná práce uvádí, že nejméně 95 % hmoty, se kterou hvězdy interagují, náleží právě černé díře. Trochu prostoru tedy zůstává také pro temnou hmotu.

„Nepochybně nejúžasnějším přínosem této dlouhodobé práce je experimentálně ověřený, v současnosti nejpřesvědčivější důkaz, že supermasivní černé díry skutečně existují. Tvar trajektorií hvězd v centrální oblasti odpovídá objektu o hmotnosti 4 milionů Sluncí v jejich středu. Takovým objektem musí být bez nejmenších pochyb černá díra,“ říká Genzel. S velkou přesností dokázali astronomové určit rovněž naši vzdálenost ke středu Galaxie. Ta činí 27 000 světelných let.

Ve světě ojedinělý obrázek srdce naší Galaxie a podrobný výpočet drah tamních hvězd mohl vzniknout pouze díky dlouholeté práci astronomů. Průkopnický počin je výsledkem 16leté soustředěné práce, která začala v Chile v roce 1992 s pomocí 3,5metrového dalekohledu ESO NTT (New Technology Telescope), osazeného kamerou SHARP. Další pozorování bylo následně provedeno v roce 2002 na dvou 8,2metrových dalekohledech VLT. Všechna pozorování provedená v rámci této studie na dalekohledech ESO během posledních 16 let dávají dohromady neuvěřitelných 50 pozorovacích nocí. Během výzkumu byla zvýšena přesnost měření pozice hvězd šestkrát vzhledem k dřívějším studiím. Výsledná přesnost činí 300 milióntin úhlové vteřiny, což odpovídá úhlu, pod kterým pozorujeme desetikorunu ze vzdálenosti 10 000 kilometrů.

Dostatečně rozsáhlý vzorek sledovaných hvězd umožnil poprvé stanovit obecné vlastnosti jejich trajektorií. „Vzájemná poloha orbitálních drah hvězd centrální oblasti je náhodná. Připomínají roj včel,“ říká Gillessen a dodává: „nicméně 6 ze sledovaných 28 hvězd obíhá okolo černé díry v jedné rovině. V tomto směru naše práce explicitně potvrdila dřívější závěry, ve kterých byla statisticky předpovídána existence disku. Dynamiku mladých hvězd v galaktickém jádru bychom mohli nejlépe popsat jako uspořádané dráhy, dále než světelný měsíc od centra, náhodně orientované dráhy uvnitř.“

Jedna konkrétní hvězda s označením S2 se pohybuje takovou rychlostí, že za uplynulých 16 let pozorování stihla dokončit celý oběh okolo černé díry. Zásadně tak napomohla k pochopení centrální oblasti a dosažení výše uvedené přesnosti. Záhadou přesto zůstává, jak se mohly tak mladé hvězdy dostat na své nynější orbitální dráhy. Na migraci ze vzdálenějších oblastí jsou příliš mladé, ale jejich formování na současných drahách je ještě nepravděpodobnější díky slapovým silám černé díry. Již jsou plánována další pozorování, jež mají za úkol ověřit některý z teoretických modelů a rozlousknout tuto záhadu. „ESO se má stále na co těšit,“ říká Genzel. „Pro další studium hvězd v bezprostřední blízkosti černé díry však potřebujeme ještě vyšší rozlišovací schopnost než nyní.“ Podle Franka Eisenhauera, ředitele výzkumu, přístrojem nové generace – GRAVITY, dosáhne ESO v brzké době potřebného rozlišení. „Zásadním krokem bude interferometricky sloučit světlo ze všech čtyřech 8,2metrových jednotek VLT. Tím vzroste přesnost měření oproti současnosti o faktor 10 až 100. Technika má potenciál, v neprobádaných oblastech okolo černé díry, přímo ověřit Einsteinovu obecnou teorii relativity.“

Zdroj

Doplňující obrázky a videa

Poznámky:

Zveřejněné výsledky jsou vyvrcholením 16leté pozorovací kampaně, započaté v roce 1992 s dalekohledem ESO/NTT a přístrojem SHARP. Kampaň pokračovala na dalekohledu ESO/VLT a přístrojích NACO a SINFONI. Poslední dva uvedené přístroje spoléhají na adaptivní optiku, která je schopna kompenzovat rozostření obrazu vlivem turbulencí v atmosféře. Centrální oblasti Galaxie jsou hustě zaplněny hvězdami, proto je nutné velmi vysoké rozlišení a také adaptivní optika.

Z centra Galaxie k nám dorazí pouze rádiové, infračervené a rentgenové záření. Rádiový signál zviditelňuje především plyn a rentgenové dalekohledy odhalují procesy, při kterých se uvolňují vysoké energie. Pouze infračervené záření tak umožní pozorovat hvězdy.

První výsledky zmíněné kampaně můžete nelézt v tiskových prochlášeních ESO č. 17/02, 26/03 a 21/04.

Další informace:

S. Gillessen a kol., Monitoring stellar orbits around the Massive Black Hole in the Galactic Center, 2008, Astrophysical Journal, v tisku. Odkaz na článek.

Složení týmu: Stefan Gillessen, Frank Eisenhauer, Sascha Trippe, Reinhard Genzel, Thomas Ott (MPE, Garching, Německo), Tal Alexander (Weizmann Institute of Science, Izrael) a Fabrice Martins (GRAAL-CNRS, University of Montpellier, Francie).

Reinhard Genzel získal za výsledky výzkumu prestižní Shawnovu cenu v astronomii pro rok 2008 (viz ESO 18/08).

Webové stránky projektu

Kontakty:

Stefan Gillessen, Reinhard Genzel, Frank Eisenhauer
Max-Planck-Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Germany
Tel.: +49 89 30000 3839, +49 89 30000 3281, +49 89 30000 3563
E-mail: ste (at) mpe.mpg.de, genzel (at) mpe.mpg.de, eisenhau (at) mpe.mpg.de

ESO La Silla - Paranal - ELT Press Officer: Dr. Henri Boffin - +49 89 3200 6222 - hboffin@eso.org
ESO Press Officer in Chile: Valentina Rodriguez - +56 2 463 3123 - vrodrigu@eso.or

Národní kontakt: Pavel Suchan +420 267 103 040 suchan@astro.cz

autor: Tomáš Mohler