Что находится в центре нашей галактики: Черная дыра в центре нашей Галактики

Что такое центр галактики? — космический блог

Центр Млечного Пути — это центр вращения Млечного Пути. Он расположен на расстоянии 7,62 ± 0,32 кпк (25 000 ± 1 000 световых лет) от Земли, в направлении созвездий Стрельца, Змееносца и Скорпиона, где Млечный Путь наиболее яркий. Считается, что в центре галактики существует сверхмассивная черная дыра, Стрелец А.

Черная дыра в центре Млечного Пути, называемая Стрельцом А*, имеет массу примерно в четыре миллиона раз больше массы Солнца, определенную непосредственно из наблюдений за звездными орбитами.

Галактики образуются группировками нескольких небесных тел, в основном планет, звезд, космической пыли и других астрономических элементов, находящихся в общем центре. Сила гравитации в первую очередь отвечает за объединение компонентов данной галактики.

Звезда находится на расстоянии более 25 08 световых лет от Земли. Звезда, известная как VVV-WIT-XNUMX, настолько потускнела, что почти исчезла из поля зрения астрономов. Нередко меняется коэффициент яркости звезды.

Среди ученых широко распространена теория о том, что в центре Млечного Пути находится сверхмассивная черная дыра. Это будет Стрелец А, идентифицированный из-за чрезмерной гравитационной силы, прослеживаемой в этом регионе. Существование центральной черной дыры уже подтверждено в других галактиках, таких как M87.

Избыточное гамма-излучение в центре Млечного Пути может быть вызвано темной материей. В центре Млечного Пути наблюдается интенсивное свечение, которое интригует астрономов уже около 12 лет. … Новое исследование, однако, предполагает, что это свечение может быть следами темной материи нашей галактики.

Однако ученые могут наблюдать за движением S-звезд, вращающихся вокруг объекта Sgr A*, и, прослеживая эти орбиты на протяжении многих лет, они определили массу этого центрального объекта — более чем в 4 миллиона раз больше массы Солнца. . . .

Наблюдаемая Вселенная содержит примерно от 3 до 7 × 1022 звезд (от 30 до 70 миллиардов триллионов звезд), организованных в более чем 80 миллиардов галактик, которые сами образуют скопления и сверхскопления галактик.

Млечный Путь — это галактика, в которой расположена Солнечная система и, следовательно, планета Земля. Такое название (Млечный Путь или молочный путь) он получил из-за своего белесого, млечного вида, который можно увидеть зимними ночами в местах без облаков и загрязнений.

Наша галактика является частью группы, состоящей из более чем тридцати галактик, называемой Местной группой, которая, в свою очередь, принадлежит сверхскоплению Девы. Однако выделяются только три галактики, самая крупная из которых — Галактика Андромеды, видимая невооруженным глазом и удаленная на 2,5 миллиона световых лет.

Центр Млечного Пути находится в направлении созвездия Стрельца, где есть несколько туманностей и скоплений звезд. Это самая яркая часть галактики.

Однако среди известных на сегодняшний день звезд самой крупной является VY Большого Пса, или просто VY Cma.

Согласно анализу, схема предполагает, что центр Галактики (и находящаяся там сверхмассивная черная дыра) расположен на расстоянии 25. 800 227 световых лет от Земли, которая, в свою очередь, вращается вокруг области со скоростью XNUMX километров в секунду. (км/с).

гигантская чёрная дыра, которая находится в центре нашей галактики — Wylsacom

Она получила название Стрелец А*.

Источник: Event Horizon Telescope

Учёные из проекта Event Horizon Telescope (EHT) опубликовали первую фотографию сверхмассивной чёрной дыры, расположенной в самом центре нашей галактики — Млечном Пути.

Sgr A*. Источник: Event Horizon Telescope

Чёрная дыра, расположенная примерно в 26 тысячах световых годах от Земли, получила название Стрелец A*, или Sgr A*. Предполагается, что она массивнее нашего солнца более чем в 4 млн раз.

Сфотографировать саму чёрную дыру нереально, поскольку в ней сосредоточена настолько огромная сила тяжести, что она поглощает всё, включая свет. Светящийся ореол вокруг дыры — нагретые от гравитационного притяжения газ и пыль, которые крутятся с огромной скоростью. Поэтому на деле эта фотография показывает нам тень от чёрной дыры на фоне её светящегося диска.

Но сделать даже такую фотографию — задача не из лёгких. Чтобы сфотографировать чёрную дыру, расположенную в центре нашей галактики, нужен телескоп размером с Землю. Однако учёные из EHT обошли эту техническую проблему набором радиотелескопов, расположенных на пяти континентах Земли. Они наблюдают за одним и тем же объектом, собирая необходимую информацию. После этого она объединяется и получается такое изображение.

Точно таким же образом была создана фотография сверхмассивной чёрной дыры, расположенной в центре галактики M87:

Чёрная дыра в центре галактики М87. Источник: Event Horizon Telescope

Это фото сделано в 2017 году сразу восемью радиотелескопами, но на его создание потратили ещё порядка двух лет — именно в 2019 году его и опубликовали. И эта чёрная дыра чуть больше нашей:

Источник: Event Horizon Telescope

Из-за того что Стрелец A* гораздо меньше чёрной дыры, находящейся в центре M87, о её существовании знали лишь теоретически — она слишком тусклая для наблюдения. Да и расположение Стрельца A*, мягко говоря, неудобно для наблюдения с Земли.

Другой сложностью является само свечение: оно меняется чуть ли не каждую минуту, поэтому зафиксировать её внешний вид — трудная задача.

За время наблюдения за Стрельцом А* учёные собрали 3,5 петабайта данных, то есть порядка 3584 терабайт.

Стрелец А* интересна не только из-за того, что она расположена в центре нашей галактики. Дело в том, что это вполне заурядная чёрная дыра. Она находится в спокойном состоянии и, как говорят учёные, «сыта»:

Если бы Стрелец А* был человеком, он бы съедал по одному рисовому зёрнышку раз в миллион лет.

Майкл Джонсон

Астрофизик из Гарвардского и Смитсоновского центра астрофизики

Заурядность чёрной дыры означает, что подобных Стрельцу А* объектов очень много в нашей вселенной. А вот чёрная дыра из М87 интересна своей экстраординарностью — она пожирает материю так быстро, что окружающая её плазма настолько ускоряется, что из центра этой чёрной дыры материя выбрасывается в виде струй света.

Информация о двух чёрных дырах благодаря этим двум размытым снимкам позволит учёным больше понять их природу. Учёные из EHT надеются в будущем увеличить количество радиотелескопов, чтобы создавать не только статичные изображения, но и даже видеоролики, показывая чёрные дыры в действии.

Центр нашей Галактики

Лекция 31: Центр нашей Галактики

Астрономия 162: профессор Барбара Райден

Четверг, 20 февраля

«Мы танцуем на ринге и предполагаем,
Но Секрет сидит в середине и знает.»
— Роберт Фрост

Ключевые понятия

  • Звезды вблизи центра нашей галактики плотно упакованы.
  • В центре нашей галактики происходят высокоэнергетические явления.
  • Сверхмассивная черная дыра находится в центре нашей галактики.
(1) Звезды вблизи центра нашей галактики плотно упакованы.

Центр нашей галактики находится на расстоянии 8000 парсеков в направлении
созвездие Стрельца. В этой лекции я рассмотрю
в основном область в пределах 40 парсеков от галактического центра. Этот
центральную область иногда называют галактическим ядром .
(На расстоянии 8000 парсек область радиусом 40 парсек
образует угол в полградуса,
примерно размером с полную луну.)

Центр нашей галактики не виден в видимом диапазоне длин волн.
изображение непосредственно ниже является фотографией в
видимые длины волн области 20 градусов на 40 градусов с центром
на галактическом центре. Как вы понимаете, есть много
пыль между нами и центром галактики.

Чтобы наблюдать галактический центр, вы можете смотреть на более длинные волны.
(как на инфракрасной фотографии ниже, которая охватывает
тот же участок неба, что и на видимой фотографии). На инфракрасном фото,
затемнение пылью намного меньше, и мы видим, что центр
галактики на самом деле довольно ярко.

В качестве альтернативы вы можете смотреть на очень короткие волны (как
на изображении гамма-излучения в искусственных цветах ниже, которое охватывает ту же область
небо как на видимых, так и на инфракрасных фотографиях).

Инфракрасный свет полезен для изучения звезд вблизи галактики.
центр. Излучается инфракрасный свет с длиной волны около 2000 нанометров.
обильно холодными звездами (звездами К и М), но не сильно
рассеивается или поглощается пылью. В пределах парсека галактического
центре, оценочная числовая плотность звезд составляет около 10 миллионов
звезд на кубический парсек. Напротив, числовая плотность
звезд по соседству с Солнцем — всего лишь 0,2 звезды на куб.
парсек

Из-за того, что звезды так плотно прилегают друг к другу
галактический центр, ночное небо для обитателей там
было бы зрелищно. Рядом с галактическим центром находится
среднее расстояние между соседними звездами было бы всего
1000 а.е. (около световой недели). Если бы Солнце находилось внутри
парсек галактического центра, был бы миллион
звезды на нашем небе с видимой яркостью более
Сириус. Полный свет звезд в ночном небе будет
примерно в 200 раз больше света полной луны;
можно было спокойно читать газету в полночь, полагаясь
только на звездном свете.

(2) В центре нашей галактики находится высокоэнергетический
явления.

Центральные области нашей галактики содержат очень мощный
радиоисточник по имени Стрелец А. Подробные радионаблюдения
центральных 80 парсеков нашей галактики показывают
тонкие газовые нити длиной 50 парсек, натянутые вдоль магнитных
линии поля. (Эти нити похожи на гораздо более мелкие «протуберанцы»
связаны с Солнцем.) Нити отходят влево в
изображение ниже:

[Изображение предоставлено: Ф. Юсеф-Заде, М. Р. Моррис, Д. Р. Шанс; Учтивость
Национальная радиоастрономическая обсерватория/Ассоциированные университеты, Inc.]

Измерения доплеровского сдвига говорят нам, что
часть газа в нитях движется со скоростью 1000 км/сек.
Эти наблюдения привели астрономов к выводу, что
Центральная область нашей галактики выбрасывает высокоскоростной газ и
пронизан сильным магнитным полем.

Увеличение, радионаблюдения за центральными 10 парсеками нашей галактики
выявить наличие «мини-спирали» горячего газа.
Показано радиоизображение мини-спирали.
ниже:

[Изображение предоставлено К.Ю. Ло, Университет Иллинойса, Урбана]

В центре мини-спирали сильный,
очень компактный радиоисточник под названием Стрелец А*
(произносится как «А-звезда»). У Стрельца А* есть радио
светимость, в 5 раз превышающая светимость Солнца.
Радиоизображение с высоким разрешением показывает, что Стрелец А*
составляет всего 1 а.е. в радиусе. Что такое Стрелец А*?
Ну, мы можем сказать, что это не так:

  • Это не звезда.
  • Это не пульсар.
  • Это не остаток сверхновой.

Свойства Стрельца А* согласуются с гипотезой
что Стрелец А* представляет собой аккреционный диск вокруг сверхмассивного
черная дыра.

Дополнительная поддержка гипотезы о том, что Стрелец А* таит в себе
массивная черная дыра возникла в результате недавнего открытия, что Стрелец
А* тоже
мощный источник рентгеновского излучения. Только очень горячий газ испускает рентгеновские лучи
(например, газ, который сжимается при падении на
черная дыра…)

(3) В центре нашей галактики существует сверхмассивная черная дыра

Лучший способ определить, является ли источник радиосигнала
Стрелец A* содержит черную дыру, которую стоит посмотреть
для гравитационного влияния Стрельца A*
на ближайшие звезды. Со звездами всего в 100 а.е. друг от друга рядом
галактическом центре, некоторые звезды неизбежно находятся внутри
несколько сотен а.е. Стрельца А*. Из третьего закона Кеплера:
M + M звезда = a 3 /P 2
масса звезд, вращающихся вокруг Стрельца A*, может быть
определяется по большой полуоси их орбит
и орбитальный период.

Звезда, вращающаяся вокруг Стрельца A* с a = 1000 а.е., имеет
P = 20 лет или около того. Легко проследить эллиптический
орбиты таких звезд между одним годом и следующим.
(
Макс-Планк-Институт внеземной физики меха
имеет захватывающую анимацию звезд, вращающихся вокруг Стрельца A*.
Лучший расчет из всех наблюдаемых звездных орбит,
заключается в том, что центральная сверхмассивная черная дыра внутри
Стрелец А* имеет массу 2,6 млн M солнце
(и, таким образом, имеет радиус Шварцшильда 0,05 а.е., что слишком мало
быть разрешены из нашего местоположения в галактическом пригороде).

Если черная дыра неуклонно росла в течение жизни галактики,
его скорость роста равна его текущей массе, деленной на его возраст.
Предполагая, что черная дыра так же стара, как и сама галактика,

Темп роста = 2,6 миллиона M солнце / 13 миллиардов лет =
1 М солнце /5000 лет.
Таким образом, черной дыре достаточно сожрать одну солнцеподобную звезду (или ее
эквивалент в межзвездном газе) каждые 5000 лет, чтобы сохранить себя
кормили.

Проф. Барбара Райден
([email protected])

Обновлено: 20 февраля 2003 г.

Copyright 2003, Барбара Райден

Изображение Sgr A*, черной дыры в центре нашей галактики | NSF

Ученые давно подозревали, что в центре нашей собственной галактики Млечный Путь находится сверхмассивная черная дыра, и они назвали эту черную дыру Стрельцом A* (Sgr A*, произносится как «sadge-ay-star»). Отчасти благодаря поддержке Национального научного фонда США, годы тщательных исследований подтвердили их подозрения. 12 мая 2022 года ученые опубликовали первое прямое визуальное свидетельство Sgr A*.

Предоставлено: NSF

Черная дыра у нас на заднем дворе

Поскольку она расположена в центре Млечного Пути, понимание того, как функционирует Стрелец A*, имеет фундаментальное значение для более широкой цели — понимания того, как наша галактика сформировалась и продолжает развиваться. . Чтобы начать свое исследование, ученые смоделировали, как мог бы выглядеть Sgr A*, используя движения ближайших звезд. Они могли предсказать размер изображения и тени, но им нужно было найти правильную комбинацию видов телескопа, чтобы убедиться, что они на самом деле верны.

Sgr A* было сложно увидеть, потому что, хотя он в 4 миллиона раз массивнее нашего Солнца, он считается маленьким в мире черных дыр. Он также окружен быстро движущимся газом, и каждый вид частично закрыт из-за других объектов в нашей галактике, проходящих через путь обзора. С положительной стороны, однако, Sgr A* является ближайшей к Земле сверхмассивной черной дырой, находящейся всего в 25 640 световых годах от нас, что делает ее достаточно близкой, чтобы ее можно было увидеть, несмотря на ее небольшой размер. Чтобы преодолеть ограничения на просмотр, ученые наложили множество изображений, которые они создали, объединив данные, собранные в телескопы из разных мест на Земле, чтобы создать составное изображение, например наслоение снимков, сделанных через швейцарский сыр под разными углами, чтобы увидеть, что находится на другой стороне. .

Изображение показывает яркое кольцо вокруг темного пятна, пятна, которое мы поняли как тень черной дыры, прямое визуальное свидетельство существования черной дыры. Видеть тень — это как иметь собственную суперлабораторию в небе, чтобы предоставлять вещественные доказательства, подтверждающие предсказания. Из этого изображения мы узнаем не только о нашей галактике, но и о том, как газ действует вокруг черных дыр в целом, подтверждая модели, сделанные здесь, на Земле.

 

Авторы и права: EHT Collaboration

Коллаборация Event Horizon Telescope (EHT) создала единое изображение (верхний кадр) сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики, объединив изображения, извлеченные из наблюдений EHT.

Путь к созданию изображения  

Альберт Эйнштейн впервые предсказал существование черных дыр в своей теории относительности, и это изображение является еще одним наблюдением, подтверждающим его гипотезу. Роджер Пенроуз продолжил эту теорию, проведя новаторское исследование, используя математические доказательства, чтобы показать, как образуются черные дыры. Затем исследователь, поддерживаемый NSF, Андреа Гез и, независимо друг от друга, Райнхард Генцель в Германии, наблюдали движения вокруг Sgr A*, начиная с начала 19 века.90-е. За эту работу все трое были удостоены Нобелевской премии по физике 2020 года «за открытие того, что образование черных дыр является надежным предсказанием общей теории относительности». Эта работа продолжается по сей день и была неотъемлемой частью процесса, который позволил нам создать прямые изображения.

10 апреля 2019 года были опубликованы первые прямые визуальные доказательства существования черных дыр; люди во всем мире были поражены первым изображением черной дыры — черной дыры в центре M87, массивной галактики в скоплении галактик Девы на расстоянии 55 миллионов световых лет от Земли. При создании изображения Sgr A* использовался аналогичный процесс: усилия объединили работу более 300 исследователей из 80 международных организаций и восьми телескопов по всему миру (на один больше, чем для M87). В дополнение к разработке сложных инструментов для решения проблем с визуализацией Sgr A*, команда усердно работала в течение пяти лет, используя суперкомпьютеры для объединения и анализа своих данных, одновременно собирая беспрецедентную библиотеку смоделированных черных дыр для сравнения с наблюдениями. Из этих суперкомпьютеров анализ включает почти 80 миллионов часов центрального процессора на суперкомпьютере Frontera, поддерживаемом NSF, и 20 миллионов часов процессора в Open Science Grid. Телескоп Южного полюса NSF и ALMA, международный телескоп с большой миллиметровой/субмиллиметровой решеткой в ​​Атакаме, управляемый Национальной радиоастрономической обсерваторией NSF, были двумя телескопами, которые использовались для сбора данных о Sgr A* в 2017 году.

У каждого телескопа есть своя собственная исследовательская цель, не связанная с пониманием горизонтов событий (интерфейс черной дыры с видимым пространством и материей), но сеть телескопов горизонта событий координировала каждый телескоп, чтобы проводить несколько недель каждый год, наблюдая за стрелком A*. Именно эти несколько недель наблюдения за небом в 2017 году объединились для создания этого первого изображения Sgr A*. Это была масштабная многолетняя работа. Были собраны гигабайты данных, настолько много, что данные от каждого просмотра приходилось физически доставлять на жесткие диски, а на их объединение уходили годы. Успех этих усилий основан на предыдущей аналитической работе, проделанной многими, такой как проект NSF Black Hole PIRE, программа, направленная на разработку технологической и алгоритмической инфраструктуры, связанной с пониманием горизонтов событий.

Широкое сотрудничество было необходимо, потому что каждый телескоп имеет различный вид с места на Земле и, следовательно, вносит уникальный вклад в набор данных, который объединяется для получения более полного изображения Sgr A*. Телескоп Южного полюса NSF на Южнополярной станции Амундсен-Скотт был особенно важен, потому что с него можно было непрерывно видеть Sgr A *. Партнерство по объединению этих данных вышло далеко за пределы телескопов, включая университеты и обсерватории по всему миру, такие как обсерватория Хейстек Массачусетского технологического института, и инструменты NSF, особенно суперкомпьютеры.

 

Авторы и права: д-р Кит Вандерлинде

Австралийское сияние («южное сияние») покрывает небо над 10-метровым телескопом Южного полюса на Южнополярной станции Амундсен-Скотт в Антарктиде. Телескоп собирает данные о космическом микроволновом фоновом излучении и черной материи.

Следующие шаги  

Как и в случае любого хорошего исследования, эти захватывающие результаты привели исследователей к еще большему количеству вопросов и множеству возможных путей к следующему захватывающему открытию. Один из путей — продолжать совершенствовать базовые аналитические инструменты, которые позволяют объединять и анализировать существующие данные и могут привести к еще более четким изображениям или даже видео. Кроме того, теперь, когда этот проект завершен, можно просмотреть данные за несколько лет.

У сотрудничества есть несколько вариантов будущего, одним из которых является Телескоп горизонта событий следующего поколения , , который NSF поддерживает для проектирования и разработки и который может обновить и улучшить многие части сотрудничества, добавить новых партнеров и представить будущее. исследования горизонтов событий.

Команда также надеется интегрировать больше радиотелескопов со всего земного шара, чтобы получить более детальное представление о каждой черной дыре и позволить исследователям увидеть больше и более тусклые объекты. Однако основным ограничением является то, что BH M87 и Sgr A* являются двумя основными черными дырами, доступными нашему взгляду, а третья — гораздо более отдаленная возможность.