Лучшие в истории изображения звезд, вращающихся вокруг черной дыры Стрелец А*
Используя прибор GRAVITY, установленный на интерферометре Очень большого телескопа ESO, и методики машинного обучения, исследователи смогли проследить за звездами в окрестностях сверхмассивной черной дыры Стрелец А* в центре Млечного Пути. Это позволило получить самые четкие на сегодняшний день изображения окрестностей черной дыры и самые точные оценки ее массы и расстояния.
В центре нашей галактики, как и большинства известных на сегодняшний день галактик, находится сверхмассивная черная дыра. Его название — Стрелец А*. По своей природе эта черная дыра искажает пространство-время в своей окрестности из-за высокой гравитационной силы. Поэтому интересно изучить, что происходит в ее окрестностях, чтобы понять, как сверхмассивная черная дыра, подобная той, что находится в Млечном Пути, взаимодействует со своим окружением.
Теперь исследователи воспользовались интерферометром Очень большого телескопа ESO, чтобы сфотографировать область вокруг Стрелец А*. Это позволило получить самые глубокие и четкие изображения на сегодняшний день. Они достигают увеличения в 20 раз больше, чем предыдущие измерения.
Кроме того, изучая орбиты звезд в центре Галактики, команда получила самое точное на сегодняшний день измерение массы Стрельца А*. Ведущим автором исследования является Райнхард Гензель, директор Института внеземной физики имени Макса Планка (MPE), который в 2020 году получит Нобелевскую премию за исследование Стрельца А*.
Охота за звездами, приближающимися к черной дыре
Команда Гензеля использовала несколько методов для наблюдения за звездами в окрестностях Стрельца А*. Это позволило им наблюдать:
- Звезда S29, которая прошла на расстоянии всего 13 миллиардов километров от сверхмассивной черной дыры (примерно в 90 раз больше расстояния Земля-Солнце) с огромной скоростью 87740 км/с;
- Звезда S30, никогда ранее не наблюдавшаяся в этих наблюдениях, что доказывает силу этого метода в обнаружении слабых объектов в окрестностях Стрельца А*.
Следующая анимация показывает орбиты звезд S29 и S55, когда они проходят вблизи Стрельца А* (в центре). Вместе с ними на снимках видны две более слабые звезды, S62 и S300, последняя из которых была открыта благодаря новым наблюдениям VLTI.
Изображения и измерения проводились с помощью GRAVITY, инструмента, установленного на VLTI, который объединяет свет от всех четырех 8,2-метровых телескопов на площадке в Чили. Для этого используется интерферометрическая техника, которая позволила добиться очень высокой четкости и разрешения. Гензель заявляет:
Слежение за звездами на орбитах, проходящих очень близко к Стрельцу А*, позволяет нам точно исследовать гравитационное поле вокруг самой близкой к Земле массивной черной дыры. А также проверить общую относительность и определить свойства черной дыры.
Наблюдения команды подтверждают пути, предсказанные общей теорией относительности Эйнштейна для объектов, вращающихся вокруг черной дыры с массой в 4,3 миллиона раз больше массы Солнца. Эта оценка была получена из данных, собранных с помощью GRAVITY, и является самой точной на сегодняшний день, наряду с оценкой расстояния до Стрельца А* в 27000 световых лет.
В исследовании сыграла свою роль не только GRAVITY. Исследователи также использовали метод машинного обучения под названием "Теория информационного поля". Они создали модель различных звезд и смоделировали, как GRAVITY сможет наблюдать за ними. Затем эти теоретические предсказания были сопоставлены с полученными данными наблюдений. Это позволило следить за звездами с беспрецедентной точностью. Это также стало возможным благодаря использованию данных двух других инструментов, ранее установленных на VLTI: NACO и SINFONI.
Увеличение чувствительности позволит выявить более тусклые звезды
На этом работа GRAVITY не заканчивается. К концу этого десятилетия прибор будет модернизирован до следующей версии под названием GRAVITY+. Он по-прежнему будет установлен на VLTI ESO. Благодаря улучшенной чувствительности GRAVITY+ сможет обнаружить звезды, которые еще более тусклые и находятся ближе к черной дыре. Вместе с этим инструментом научное сообщество ожидает появления Чрезвычайно большого телескопа, строящегося в пустыне Атакама.
"Благодаря мощности GRAVITY и ELT мы сможем выяснить, как быстро вращается черная дыра", — говорит Франк Эйзенхауэр из MPE, главный исследователь GRAVITY. "До сих пор никто не смог этого сделать".
Две статьи из этого исследования, опубликованные в журнале Astronomy & Astrophysics, доступны и .