Сверхмассивная чёрная дыра в центре Млечного Пути: Стрелец A*

Введение

Сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути – сверхмассивная черная дыра в центре галактики Млечный Путь. С Земли она расположена вблизи границы созвездий Стрельца и Скорпиона, примерно в 5,6° к югу от эклиптики, визуально близко к скоплению Бабочка (M6) и Ламбде Скорпиона. Объект является ярким и очень компактным астрономическим радиоисточником. Название Стрелец A* (Sgr A*) отличает компактный источник от более крупной (и гораздо более яркой) области Стрелец A (Sgr A), в которой он находится. Sgr A* был открыт в 1974 году de и Робертом Л. Брауном, а астериск был присвоен в 1982 году Брауном, который установил, что самое сильное радиоизлучение из центра галактики, по-видимому, исходит от компактного нетеплового радиообъекта. Наблюдения за несколькими звездами, обращающимися вокруг Стрельца A*, в особенности звезды S2, позволили определить массу и верхние пределы радиуса объекта. На основании массы и всё более точных ограничений на радиус, астрономы пришли к выводу, что Стрелец A* является центральной сверхмассивной черной дырой в галактике Млечный Путь. В настоящее время его масса оценивается в 4,297 миллиона солнечных масс. В мае 2022 года астрономы опубликовали первое изображение аккреционного диска вокруг горизонта событий Стрельца A*, подтвердив, что это черная дыра, используя телескоп «Горизонт событий» – глобальную сеть радиообсерваторий. Это второй подтвержденный снимок черной дыры после сверхмассивной черной дыры в галактике Messier 87, полученный в 2019 году. Данные были собраны восемью радиообсерваториями в шести географических точках. Радиоизображения создаются из данных методом синтеза апертуры, как правило, на основе ночных наблюдений стабильных источников. Радиоизлучение от Sgr A* изменяется в масштабе минут, что затрудняет анализ. Полученный результат дает общий угловой размер источника 51,8". На расстоянии , это соответствует диаметру . Для сравнения, Земля находится от Солнца, а Меркурий – от Солнца в перигелии. Собственное движение Sgr A* составляет примерно −2,70 мас в год по прямому восхождению и −5,6 мас в год по склонению. Измерения телескопа этих черных дыр позволили более строго проверить теорию относительности Эйнштейна, чем это удавалось ранее, и результаты полностью соответствуют предсказаниям теории. В 2019 году измерения, выполненные с помощью высокоразрешающей широкополосной камеры HAWC+, установленной на борту самолета SOFIA, показали, что магнитные поля заставляют окружающее кольцо газа и пыли, с температурой от -5 до -9, вращаться вокруг Стрельца A*, поддерживая низкий уровень излучения черной дыры. Астрономы не могут наблюдать Sgr A* в оптическом диапазоне из-за эффекта поглощения света пылью и газом между источником и Землей, равного 25 звездным величинам.

Supermassive black hole at the center of the Milky Way
the black hole

Starbox astrometry
| dist pc=8277), is the supermassive black hole at the Galactic Center of the Milky Way. Viewed from Earth, it is located near the border of the constellations Sagittarius and Scorpius, about 5.6° south of the ecliptic, visually close to the Butterfly Cluster (M6) and Lambda Scorpii. The object is a bright and very compact astronomical radio source. The name Sagittarius A* distinguishes the compact source from the larger (and much brighter) Sagittarius A (Sgr A) region in which it is embedded. Sgr A* was discovered in 1974 by de and Robert L. Brown, and the asterisk was assigned in 1982 by Brown, who understood that the strongest radio emission from the center of the galaxy appeared to be due to a compact non thermal radio object. The observations of several stars orbiting Sagittarius A*, particularly star S2, have been used to determine the mass and upper limits on the radius of the object. Based on mass and increasingly precise radius limits, astronomers have concluded that Sagittarius A* must be the central supermassive black hole of the Milky Way galaxy. The current value of its mass is 4.297 million solar masses. In May 2022, astronomers released the first image of the accretion disk around the horizon of Sagittarius A*, confirming it to be a black hole, using the Event Horizon Telescope, a world wide network of radio observatories. This is the second confirmed image of a black hole, after Messier 87's supermassive black hole in 2019. The data were collected by eight radio observatories at six geographical sites. Radio images are produced from data by aperture synthesis, usually from night long observations of stable sources. The radio emission from Sgr A* varies on the order of minutes, complicating the analysis. Their result gives an overall angular size for the source of 51.8. At a distance of , this yields a diameter of For comparison, Earth is from the Sun, and Mercury is from the Sun at perihelion. The proper motion of Sgr A* is approximately −2.70 mas per year for the right ascension and −5.6 mas per year for the declination. The telescope's measurement of these black holes tested Einstein's theory of relativity more rigorously than has previously been done, and the results match perfectly. In 2019, measurements made with the High resolution Airborne Wideband Camera Plus (HAWC+) mounted in the SOFIA aircraft revealed that magnetic fields cause the surrounding ring of gas and dust, temperatures of which range from , to flow into an orbit around Sagittarius A*, keeping black hole emissions low. Astronomers have been unable to observe Sgr A* in the optical spectrum because of the effect of 25 magnitudes of extinction by dust and gas between the source and Earth.

Облако газа G2 на аккреционном курсе

Впервые замеченное как нечто необычное на изображениях центра Млечного Пути в 2002 году, газовое облако G2, масса которого примерно в три раза превышает массу Земли, было подтверждено как, вероятно, движущееся к зоне аккреции Sgr A* в статье, опубликованной в журнале Nature в 2012 году. Прогнозы его орбиты указывали на то, что оно достигнет ближайшей точки к черной дыре (перинигрикон) в начале 2014 года, когда облако окажется на расстоянии чуть более 3000 радиусов горизонта событий (или ≈260 а.е., 36 световых часов) от черной дыры. Нарушение структуры G2 наблюдается с 2009 года. Помимо приливных эффектов, воздействующих на само облако, в мае 2013 года было предположено, что до перинигрикона G2 может испытать несколько близких встреч с членами популяции черных дыр и нейтронных звезд, предположительно обращающихся вокруг Галактического центра, что могло бы дать представление о регионе вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. Средняя скорость аккреции на Sgr A* необычно мала для черной дыры такой массы и обнаруживается лишь благодаря ее близости к Земле. Считалось, что прохождение G2 в 2013 году предоставит астрономам возможность узнать больше о процессах аккреции вещества на сверхмассивные черные дыры. Наблюдения этого сближения проводились с использованием нескольких астрономических инструментов, данные подтверждены Chandra, XMM, VLA, INTEGRAL, Swift, Fermi, запрошены наблюдения на VLT и Keck. Моделирование прохождения было выполнено группами в ESO и Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора (LLNL). По мере приближения облака к черной дыре, Дэрил Хаггард отметил: «Это захватывающе – иметь дело с чем-то, что больше похоже на эксперимент», и выразил надежду, что взаимодействие приведет к новым данным и открытиям. Однако во время и после максимального сближения облака с черной дырой никаких эффектов обнаружено не было, что было описано как отсутствие «фейерверков» и «провал». Анализ, опубликованный 21 июля 2014 года на основе наблюдений с Очень Большого Телескопа ESO в Чили, пришел к выводу, что облако, вероятно, не является изолированным объектом, а представляет собой плотное скопление в непрерывном, но более разреженном потоке вещества, оказывая постоянное воздействие на диск материи, вращающийся вокруг черной дыры, а не внезапные импульсы, которые могли бы вызвать всплеск яркости при столкновении, как предполагалось ранее. В поддержку этой гипотезы, облако G1, прошедшее вблизи черной дыры 13 лет назад, имело орбиту, почти идентичную орбите G2, что согласуется с тем, что оба облака и газовый хвост, предположительно тянущийся за G2, являются более плотными скоплениями в составе единого газового потока. Андреа Гез и ее коллеги в 2014 году предположили, что G2 – это не газовое облако, а скорее пара двойных звезд, обращавшихся вокруг черной дыры синхронно и слившихся в одну чрезвычайно массивную звезду.

First noticed as something unusual in images of the center of the Milky Way in 2002, the gas cloud G2, which has a mass about three times that of Earth, was confirmed to be likely on a course taking it into the accretion zone of Sgr A* in a paper published in Nature in 2012. Predictions of its orbit suggested it would make its closest approach to the black hole (a perinigricon) in early 2014, when the cloud was at a distance of just over 3,000 times the radius of the event horizon (or ≈260 AU, 36 light hours) from the black hole. G2 has been observed to be disrupting since 2009, In addition to the tidal effects on the cloud itself, it was proposed in May 2013 that, prior to its perinigricon, G2 might experience multiple close encounters with members of the black hole and neutron star populations thought to orbit near the Galactic Center, offering some insight to the region surrounding the supermassive black hole at the center of the Milky Way. The average rate of accretion onto Sgr A* is unusually small for a black hole of its mass and is only detectable because it is so close to Earth. It was thought that the passage of G2 in 2013 might offer astronomers the chance to learn much more about how material accretes onto supermassive black holes. Several astronomical facilities observed this closest approach, with observations confirmed with Chandra, XMM, VLA, INTEGRAL, Swift, Fermi and requested at VLT and Keck. Simulations of the passage were made before it happened by groups at ESO and Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL). As the cloud approached the black hole, Daryl Haggard said, "It's exciting to have something that feels more like an experiment", and hoped that the interaction would produce effects that would provide new information and insights. Nothing was observed during and after the closest approach of the cloud to the black hole, which was described as a lack of "fireworks" and a "flop". An analysis published on July 21, 2014, based on observations by the ESO's Very Large Telescope in Chile, concluded alternatively that the cloud, rather than being isolated, might be a dense clump within a continuous but thinner stream of matter, and would act as a constant breeze on the disk of matter orbiting the black hole, rather than sudden gusts that would have caused high brightness as they hit, as originally expected. Supporting this hypothesis, G1, a cloud that passed near the black hole 13 years ago, had an orbit almost identical to G2, consistent with both clouds, and a gas tail thought to be trailing G2, all being denser clumps within a large single gas stream. Andrea Ghez et al. suggested in 2014 that G2 is not a gas cloud but rather a pair of binary stars that had been orbiting the black hole in tandem and merged into an extremely large star.