Самые глубокие изображения сверхмассивной черной дыры в Млечном Пути

Интерферометр очень большого телескопа Европейской южной обсерватории (ESO VLTI) получил самые глубокие и резкие на сегодняшний день изображения области вокруг сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики. Новые изображения увеличены в 20 раз больше, чем это было возможно до VLTI, и помогли астрономам найти невиданную ранее звезду рядом с черной дырой. Отслеживая орбиты звезд в центре нашего Млечного Пути, команда провела самое точное измерение массы черной дыры.


«Мы хотим узнать больше о черной дыре в центре Млечного Пути, Стрелец A *: Насколько она массивна? Она вращается? Ведут ли звезды вокруг нее в точности так, как мы ожидаем от общей теории относительности Эйнштейна? Лучшее Чтобы ответить на эти вопросы, нужно проследить за звездами на орбитах, близких к сверхмассивной черной дыре. И здесь мы демонстрируем, что можем делать это с более высокой точностью, чем когда-либо прежде », — объясняет Рейнхард Гензель, директор Института внеземной физики им. Макса Планка. (MPE) в Гархинге, Германия, который в 2020 году был удостоен Нобелевской премии за исследования Стрельца A *. Последние результаты Гензеля и его команды, которые расширяют их трехлетнее исследование звезд, вращающихся вокруг сверхмассивной черной дыры Млечного Пути, опубликованы сегодня в двух статьях в Астрономия и астрофизика.

В поисках еще большего количества звезд, близких к черной дыре, команда, известная как коллаборация GRAVITY, разработала новый метод анализа, который позволил им получить самые глубокие и четкие изображения нашего Галактического центра. «VLTI дает нам невероятное пространственное разрешение, а с новыми изображениями мы достигаем глубже, чем когда-либо прежде. Мы ошеломлены их количеством деталей, а также действием и количеством звезд, которые они открывают вокруг черной дыры», — объясняет Джулия Стадлер, исследователь из Института астрофизики Макса Планка в Гархинге, руководившая работой группы по визуализации во время ее работы в MPE. Примечательно, что они обнаружили звезду под названием S300, которую ранее не видели, что показывает, насколько мощным является этот метод, когда дело доходит до обнаружения очень слабых объектов вблизи Стрельца A *.

В своих последних наблюдениях, проведенных в период с марта по июль 2021 года, команда сосредоточилась на точных измерениях звезд по мере их приближения к черной дыре. Это включает в себя звезду-рекордсменку S29, которая наиболее близко подошла к черной дыре в конце мая 2021 года. Она прошла ее на расстоянии всего 13 миллиардов километров, что примерно в 90 раз больше расстояния Солнце-Земля, с потрясающей скоростью 8740. километров в секунду. Ни одна другая звезда никогда не проходила так близко к черной дыре или перемещалась с такой скоростью вокруг нее.

Измерения и изображения, сделанные командой, стали возможны благодаря GRAVITY, уникальному инструменту, который был разработан в сотрудничестве с ESO VLTI, расположенным в Чили. GRAVITY объединяет свет всех четырех 8,2-метровых телескопов Very Large Telescope (VLT) ESO с использованием метода, называемого интерферометрией. Этот метод сложен, «но в итоге вы получаете изображения, в 20 раз более четкие, чем изображения, полученные только с помощью отдельных телескопов VLT, раскрывая секреты Галактического центра», — говорит Фрэнк Эйзенхауэр из MPE, главный исследователь GRAVITY.

«Слежение за звездами на близких орбитах вокруг Стрельца A * позволяет нам точно исследовать гравитационное поле вокруг ближайшей к Земле массивной черной дыры, проверить общую теорию относительности и определить свойства черной дыры», — объясняет Гензель. Новые наблюдения в сочетании с предыдущими данными группы подтверждают, что звезды следуют по траектории в точности так, как предсказывает общая теория относительности для объектов, движущихся вокруг черной дыры с массой в 4,30 миллиона раз больше массы Солнца. Это наиболее точная оценка массы центральной черной дыры Млечного Пути на сегодняшний день. Исследователям также удалось точно настроить расстояние до Стрельца A *, и они обнаружили, что он находится на расстоянии 27 000 световых лет.

Чтобы получить новые изображения, астрономы использовали метод машинного обучения, названный теорией информационного поля. Они сделали модель того, как могут выглядеть реальные источники, смоделировали то, как GRAVITY увидит их, и сравнили это моделирование с наблюдениями GRAVITY. Это позволило им находить и отслеживать звезды вокруг Стрельца A * с беспрецедентной глубиной и точностью. Помимо наблюдений GRAVITY, команда также использовала данные NACO и SINFONI, двух бывших инструментов VLT, а также измерения обсерватории Кека и обсерватории Gemini NOIRLab в США.

Позднее в этом десятилетии GRAVITY будет обновлено до GRAVITY +, которое также будет установлено на VLTI ESO и повысит чувствительность, чтобы обнаруживать более слабые звезды еще ближе к черной дыре. Команда стремится в конечном итоге найти звезды так близко, чтобы на их орбитах ощущались гравитационные эффекты, вызванные вращением черной дыры. Предстоящий к выпуску Экстремально большой телескоп ESO (ELT), строящийся в чилийской пустыне Атакама, в дальнейшем позволит команде измерять скорость этих звезд с очень высокой точностью. «Объединив возможности GRAVITY + и ELT, мы сможем узнать, с какой скоростью вращается черная дыра», — говорит Эйзенхауэр. «До сих пор никто не мог этого сделать».