Trong hình minh họa này, các ngôi sao được coi là quay quanh quỹ đạo gần xung quanh lỗ đen siêu lớn nằm ở trung tâm của Dải Ngân hà, được gọi là Nhân Mã A * (Sgr A *). Nhà cung cấp hình ảnh: Đài quan sát quốc tế Gemini / NOIRLab / NSF / AURA / J. Da Silva / (Spaceengine), Lời cảm ơn: M. Zamani (NSF’s NOIRLab)[2]Những hiểu biết chính xác về lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của Dải Ngân hà

Các nhà thiên văn sử dụng Đài quan sát Gemini và một kính viễn vọng quốc tế chung để làm nổi bật Sagittarius A *

Có được với sự trợ giúp của kính thiên văn Gemini North, các nhà thiên văn học đã thực hiện các phép đo chính xác nhất cho đến nay về chuyển động của các ngôi sao xung quanh siêu khối lượng[{” attribute=””>black hole at the center of the Milky Way. These results show that 99.9% of the mass contained at the very center of the galaxy is due to the black hole, and only 0.1% could include stars, smaller black holes, interstellar dust, and gas, or dark matter.

Các nhà thiên văn học đã đo chính xác hơn bao giờ hết vị trí và tốc độ của bốn ngôi sao trong vùng lân cận của Nhân Mã A * (Sgr A *),^[1] Hố đen siêu lớn ẩn náu ở trung tâm của Dải Ngân hà. Chuyển động của những ngôi sao này – được đặt tên là S2, S29, S38 và S55 – đã được phát hiện là đi theo những con đường chứng tỏ rằng khối lượng ở trung tâm của Dải Ngân hà gần như hoàn toàn là do Sgr A * Hố đen, nơi để lại rất ít chỗ cho bất cứ thứ gì khác.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng nhiều phương tiện thiên văn tiên tiến trong nghiên cứu này. Để đo vận tốc của các ngôi sao, họ đã sử dụng quang phổ từ Máy quang phổ hồng ngoại gần Gemini (GNIRS) ở Gemini North gần đỉnh Maunakea ở Hawaii, một phần của Đài quan sát quốc tế Gemini, chương trình NSF NOIRLab và thiết bị SINFONI trên Đài quan sát phía nam châu Âu.[{” attribute=””>تلسكوب كبير جدا. تم استخدام أداة GRAVITY في VLTI لقياس مواضع النجوم.

رسم توضيحي للثقب الأسود القوس A * في وسط مجرة ​​درب التبانة. الائتمان: مرصد الجوزاء الدولي / NOIRLab / NSF / AURA / J. دا سيلفا / (Spaceengine) ، شكر وتقدير: M. Zamani (NSF’s NOIRLab)

قال راينهارد جينزل ، مدير معهد ماكس بلانك للفيزياء خارج كوكب الأرض والمشترك في الحصول على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2020: “نحن ممتنون جدًا لمرصد الجوزاء ، الذي أعطتنا أداة GNIRS الخاصة به المعلومات الهامة التي نحتاجها”. “يُظهر هذا البحث التعاون العالمي في أفضل حالاته.”

يحتوي مركز المجرة التابع لمجرة درب التبانة ، الذي يقع على بعد حوالي 27000 سنة ضوئية من الشمس ، على مصدر الراديو المضغوط Sgr A * الذي حدده علماء الفلك على أنه ثقب أسود فائق الكتلة يبلغ 4.3 مليون مرة كتلة الشمس. على الرغم من عقود من الملاحظات المضنية – وتم منح جائزة نوبل لاكتشاف هوية Sgr A *^[3] – Rất khó để chứng minh một cách dứt khoát rằng phần lớn khối lượng này chỉ thuộc về lỗ đen siêu lớn và không bao gồm một lượng vật chất khổng lồ như các ngôi sao, chúng nhỏ hơn lỗ đenhoặc bụi và khí giữa các vì sao, hoặc vật chất tối.

Những hình ảnh có chú thích này, được thu thập bằng thiết bị GRAVITY trên Giao thoa kế Kính viễn vọng Rất lớn (VLTI) của ESO từ tháng 3 đến tháng 7 năm 2021, cho thấy các ngôi sao quay xung quanh gần Sagittarius A *, lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của Dải Ngân hà. Một trong những ngôi sao này, được gọi là S29, được quan sát khi nó tiến đến gần hố đen nhất ở khoảng cách 13 tỷ km, gấp 90 lần khoảng cách giữa Mặt trời và Trái đất. Một ngôi sao khác, được gọi là S300, lần đầu tiên được phát hiện trong các quan sát VLTI mới do ESO báo cáo.
Sử dụng Gemini North của Đài quan sát quốc tế Gemini, một chương trình từ NOIRLab của NSF và VLT của ESO, các nhà thiên văn học đã đo chính xác hơn bao giờ hết vị trí và tốc độ của những ngôi sao này S29 và S55 (cũng như các ngôi sao S2 và S38), và nhận thấy chúng đang chuyển động theo cách cho thấy rằng khối lượng ở trung tâm Dải Ngân hà gần như hoàn toàn là do lỗ đen Nhân Mã A *, để lại rất ít chỗ cho bất kỳ thứ gì khác. Tín dụng: Hợp tác ESO / GRAVITY

“Với giải Nobel Vật lý năm 2020 được trao để xác nhận rằng Sgr A * thực sự là một lỗ đen, chúng tôi muốn tiến về phía trước. Stefan Gelsen, một trong những nhà thiên văn tham gia nghiên cứu này, giải thích: thuyết tương đối thực sự là lý thuyết chính xác.

Thuyết tương đối rộng của Einstein dự đoán rằng quỹ đạo của các ngôi sao xung quanh một vật thể siêu khối lượng nhỏ gọn hơi khác so với dự đoán của vật lý Newton cổ điển. Đặc biệt, thuyết tương đối rộng dự đoán rằng quỹ đạo của các ngôi sao sẽ vẽ ra một hình hoa thị trang nhã – một hiệu ứng được gọi là Schwarzschild chủ động. Để thực sự nhìn thấy các ngôi sao theo dõi hoa hồng này, nhóm nghiên cứu đã theo dõi vị trí và vận tốc của bốn ngôi sao trong vùng lân cận của Sgr A * – được gọi là S2, S29, S38 và S55. Các quan sát của nhóm về việc những ngôi sao này đã đi được bao xa cho phép suy ra sự phân bố khối lượng trong Sgr A *. Họ phát hiện ra rằng bất kỳ khối lượng nào kéo dài trong quỹ đạo của S2 đều đóng góp nhiều nhất 0,1% khối lượng của lỗ đen siêu lớn.

chuỗi hoạt hình cho[{” attribute=””>ESO’s Very Large Telescope Interferometer (VLTI) images of stars around the Milky Way’s central black hole. This animation shows the orbits of the stars S29 and S55 as they move close to Sagittarius A* (center), the supermassive black hole at the heart of the Milky Way. As we follow the stars along in their orbits, we see real images of the region obtained with the GRAVITY instrument on the VLTI in March, May, June and July 2021. In addition to S29 and S55, the images also show two fainter stars, S62 and S300. S300 was detected for the first time in new VLTI observations reported by ESO.

Measuring the minute variations in the orbits of distant stars around our galaxy’s supermassive black hole is incredibly challenging. To make further discoveries, astronomers will have to push the boundaries not only of science but also of engineering. Upcoming extremely large telescopes (ELTs) such as the Giant Magellan Telescope and the Thirty Meter Telescope (both part of the US-ELT Program) will allow astronomers to measure even fainter stars with even greater precision.

“We will improve our sensitivity even further in future, allowing us to track even fainter objects,” concluded Gillessen. “We hope to detect more than we see now, giving us a unique and unambiguous way to measure the rotation of the black hole.”

Phóng to vào trung tâm của Dải Ngân hà để xem các ngôi sao được quan sát bởi Kính viễn vọng Rất lớn của Đài thiên văn Nam Châu Âu (lần quan sát cuối cùng từ năm 2019). Phóng to hơn nữa cho thấy những ngôi sao gần lỗ đen hơn, được quan sát bằng thiết bị GRAVITY trên giao thoa kế Kính viễn vọng Rất lớn của ESO vào giữa năm 2021.

Martin Steele, Cán bộ Chương trình Gemini tại Quỹ Khoa học Quốc gia cho biết: “Các đài quan sát Gemini tiếp tục cung cấp cái nhìn mới về bản chất thiên hà của chúng ta và lỗ đen siêu lớn ở trung tâm của nó. “Sự phát triển hơn nữa của các công cụ trong thập kỷ tới nhằm mục đích sử dụng rộng rãi sẽ duy trì vị trí dẫn đầu của NOIRLab trong việc mô tả đặc điểm của vũ trụ xung quanh chúng ta.”

Để biết thêm thông tin về nghiên cứu này, hãy xem Xem các ngôi sao chạy quanh lỗ đen siêu lớn của Dải Ngân hà.

Ghi chú

1. Nhân Mã A * được phát âm là “Ngôi sao Nhân Mã”.
2. VLT của ESO bao gồm bốn kính thiên văn đơn vị trí với đường kính 8,2 mét có thể thu thập ánh sáng qua mạng lưới gương và đường hầm dưới lòng đất bằng cách sử dụng một kỹ thuật được gọi là giao thoa kế, để tạo thành VLTI. GRAVITY sử dụng công nghệ này để đo vị trí của các vật thể trên bầu trời đêm theo độ cao[{” attribute=””>accuracy — equivalent to picking out a quarter-dollar coin on the surface of the Moon.
3. The 2020 Nobel Prize in Physics was awarded in part to Reinhard Genzel and Andrea Ghez “for the discovery of a supermassive compact object at the center of our galaxy.”

This research is presented in the paper “The mass distribution in the Galactic Centre from interferometric astrometry of multiple stellar orbits” which is published in Astronomy & Astrophysics. A companion paper “Deep Images of the Galactic Center with GRAVITY” has also been published in Astronomy & Astrophysics.

References:

“Mass distribution in the Galactic Center based on interferometric astrometry of multiple stellar orbits” by GRAVITY Collaboration: R. Abuter, N. Aimar, A. Amorim, J. Ball, M. Bauböck, J. P. Berger, H. Bonnet, G. Bourdarot, W. Brandner, V. Cardoso, Y. Clénet, Y. Dallilar, R. Davies, P. T. de Zeeuw, J. Dexter, A. Drescher, F. Eisenhauer, N. M. Förster Schreiber, A. Foschi, P. Garcia, F. Gao, E. Gendron, R. Genzel, S. Gillessen, M. Habibi, X. Haubois, G. Heißel,??, T. Henning, S. Hippler, M. Horrobin, L. Jochum, L. Jocou, A. Kaufer, P. Kervella, S. Lacour, V. Lapeyrère, J.-B. Le Bouquin, P. Léna, D. Lutz, T. Ott, T. Paumard, K. Perraut, G. Perrin, O. Pfuhl, S. Rabien, J. Shangguan, T. Shimizu, S. Scheithauer, J. Stadler, A.W. Stephens, O. Straub, C. Straubmeier, E. Sturm, L. J. Tacconi, K. R. W. Tristram, F. Vincent, S. von Fellenberg, F. Widmann, E. Wieprecht, E. Wiezorrek, J. Woillez, S. Yazici and A. Young, 19 January 2022, Astronomy & Astrophysics.
DOI: 10.1051/0004-6361/202142465

“Deep images of the Galactic center with GRAVITY” by GRAVITY Collaboration: R. Abuter, N. Aimar, A. Amorim, P. Arras, M. Bauböck, J. P. Berger, H. Bonnet, W. Brandner, G. Bourdarot, V. Cardoso, Y. Clénet, R. Davies, P. T. de Zeeuw, J. Dexter, Y. Dallilar, A. Drescher, F. Eisenhauer, T. Enßlin, N. M. Förster Schreiber, P. Garcia, F. Gao, E. Gendron, R. Genzel, S. Gillessen, M. Habibi, X. Haubois, G. Heißel, T. Henning, S. Hippler, M. Horrobin, A. Jiménez-Rosales, L. Jochum, L. Jocou, A. Kaufer, P. Kervella, S. Lacour, V. Lapeyrère, J.-B. Le Bouquin, P. Léna, D. Lutz, F. Mang, M. Nowak, T. Ott, T. Paumard, K. Perraut, G. Perrin, O. Pfuhl, S. Rabien, J. Shangguan, T. Shimizu, S. Scheithauer, J. Stadler, O. Straub, C. Straubmeier, E. Sturm, L. J. Tacconi, K. R. W. Tristram, F. Vincent, S. von Fellenberg, I. Waisberg, F. Widmann, E. Wieprecht, E. Wiezorrek, J. Woillez, S. Yazici, A. Young and G. Zins, 19 January 2022, Astronomy & Astrophysics.
DOI: 10.1051/0004-6361/202142459

More information

The team behind this result is composed of The GRAVITY Collaboration, R. Abuter (European Southern Observatory), A. Amorim (Universidade de Lisboa and CENTRA – Centro de Astrofísica e Gravitação), M. Bauböck (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and University of Illinois), J. P. Berger (University Grenoble Alpes and European Southern Observatory), H. Bonnet (European Southern Observatory), G. Bourdarot (University Grenoble Alpes and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), V. Cardoso (CENTRA – Centro de Astrofísica e Gravitação and CERN), Y. Clénet (LESIA, Observatoire de Paris), Y. Dallilar (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), R. Davies (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), P. T. de Zeeuw (Leiden University and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), J. Dexter (University of Colorado, Boulder), A. Drescher (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), A. Eckart (University of Cologne and Max Planck Institute for Radio Astronomy), F. Eisenhauer (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), N. M. Förster Schreiber (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), P. Garcia (Universidade do Porto and CENTRA – Centro de Astrofísica e Gravitação), F. Gao (Universität Hamburg and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Gendron (LESIA, Observatoire de Paris), R. Genzel (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and University of California, Berkeley), S. Gillessen (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), M. Habibi (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), X. Haubois (European Southern Observatory), G. Heißel (LESIA, Observatoire de Paris), T. Henning (Max Planck Institute for Astronomy), S. Hippler (Max Planck Institute for Astronomy), M. Horrobin (University of Cologne), L. Jochum (European Southern Observatory), L. Jocou (University Grenoble Alpes), A. Kaufer (European Southern Observatory), P. Kervella (LESIA, Observatoire de Paris), S. Lacour (LESIA, Observatoire de Paris), V. Lapeyrère (LESIA, Observatoire de Paris), J.-B. Le Bouquin (University Grenoble Alpes), P. Léna (LESIA, Observatoire de Paris), D. Lutz (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Ott (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Paumard (LESIA, Observatoire de Paris), K. Perraut (University Grenoble Alpes), G. Perrin (LESIA, Observatoire de Paris), O. Pfuhl (European Southern Observatory and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), S. Rabien (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), G. Rodríguez-Coira (LESIA, Observatoire de Paris), J. Shangguan (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Shimizu (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), S. Scheithauer (Max Planck Institute for Astronomy), J. Stadler (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), O. Straub (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), C. Straubmeier (University of Cologne), E. Sturm (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), L. J. Tacconi (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), K. R. W. Tristram (European Southern Observatory), F. Vincent (LESIA, Observatoire de Paris), S. von Fellenberg (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), F. Widmann (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Wieprecht (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Wiezorrek (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), J. Woillez (European Southern Observatory), S. Yazici (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and the University of Cologne), and A. Young (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics).