16 лет и помощь мощнейших телескопов понадобились немецким ученым, чтобы получить самую детальную картину самого сердца нашей галактики — сверхмассивной черной дыры в ее центре. Для этого астрономы следили за полетом 28-ми ближайших к ней звезд; одна из них за это время успела совершить полный круг вокруг дыры.

Самый центр нашей галактики в ближнем ИК-диапазоне, заснятый телескопом NACO обсерватории VLT. Отслеживая траектории движения самых «центральных» звезд в течение 16 лет, ученые сумели установить массу сверхмассивной черной дыры, которая скрывается здесь
Взгляд художника: сверхмассивная черная дыра и аккреционный диск материи, падающей в ее глубины
Европейская обсерватория La Silla расположена в Чили
Второй инструмент исследования — обсерватория VLT (Very Large Telescope)

Центром нашей галактики считается расположенный в созвездии Стрельца объект Sgr A*. Именно здесь скрывается сверхмассивная черная дыра, определяющая всю жизнь Млечного Пути, до самых его окраин. Чтобы узнать больше об этом важнейшем объекте, группа немецких ученых во главе с Рейнхардом Гензелем (Reinhard Genzel) тщательно следила за движением 28-ми звезд, обитающих в этом центральном регионе галактики.

«Центр галактики — это уникальная естественная лаборатория, — говорит Гензель, — где мы можем исследовать фундаментальные процессы, связанные с мощной гравитацией и формированием звезд, процессы, которые применимы и для центров других галактик».

Плотное облако межзвездной пыли заслоняет центр нашей галактики от прямого наблюдения в видимом диапазоне. Поэтому для того, чтобы заглянуть туда, астрономы чаще всего используют инфракрасное излучение, способное проникать сквозь этот барьер.

Кроме того, понятно, что саму всепоглощающую черную дыру наблюдать напрямую тоже невозможно. О ней приходится судить по косвенным признакам и проявлениям. На сей раз в качестве «подопытных кроликов» использовались 28 звезд, движущихся в непосредственной близости от Sgr A*. Так же как лист, пойманный потоками ветра, покажет внимательному зрителю невидимые воздушные течения, так и звезды эти помогли выявить силы, действующие в окрестностях сверхмассивной черной дыры, и даже помогли уточнить ее размеры и массу.

«Без сомнения, — добавляет Гензель, — один из самых важных результатов нашей работы состоит в том, что она стала одним из лучших на сегодняшний день экспериментальных свидетельств существования сверхмассивной черной дыры в центре галактики. Орбиты звезд в этой области совершенно однозначно демонстрируют наличие объекта массой 4 млн солнечных». Астрономы приводят и уточненное расстояние, которое (по счастью) отделяет нас от этого колоссального объекта: 27 тыс. световых лет.

Чтобы проследить за полетом «центральных» звезд, ученым понадобился не один год — а целых 16. Исследование началось в 1992 г. с использованием 3,5-метрового европейского телескопа NTT, расположенного в обсерватории La Silla в Чили. Дополнительные наблюдения были проведены 10 лет спустя, с помощью уже 8,2-метрового телескопа VLT. В общей сложности, за годы наблюдения астрономы вели наблюдения около 50 ночей. Они сумели примерно вшестеро повысить точность локализации звезд в сравнении с предыдущими исследовании: она составила 300 угловых микросекунд — такой угловой размер имеет монетка 1 евро с расстояния около 10 тыс. км.

Кроме того, охватив сразу почти что три десятка звезд, ученым удалось набрать достаточно информации для того, чтобы попытаться найти в них общие свойства и характеристики. «Звезды, находящиеся ближе всего к центру, — говорит один из авторов работы Стефан Гиллессен (Stefan Gillessen), — обращаются почти по случайным орбитам, на манер пчелиного роя. Однако 6 звезд из исследованных нами 28-ми, расположенные подальше, вращаются почти в одной плоскости — диске. Упорядоченное движение ближе к краям и хаос ближе к середине — это самое краткое описание динамики в этом регионе».

Интересно, что одна из исследованных звезд, имеющая код S2, вращается вокруг центра Млечного Пути настолько быстро, что за время проведения исследования она успела совершить полный круг по своей орбите. Это, кстати, стало неожиданной удачей для ученых и позволило им подтвердить точность своих измерений: если бы они допустили серьезные ошибки, круг бы не замкнулся.

Впрочем, работа ставит и очередные загадки. И главная из них — откуда эти звезды взялись на наблюдаемых орбитах? По оценкам специалистов, они слишком молоды для того, чтобы мигрировать сюда издалека. А сформироваться прямо здесь, рядом от всепоглощающей сверхмассивной черной дыры, они просто не смогли бы. Чтобы разрешить эти вопросы, группа Гензеля намерена продолжить свои исследования с использованием телескопа нового поколения GRAVITY, который позволит повысить точность измерений еще в на 1−2 порядка.

О жизни «черной королевы» нашей галактики — сверхмассивной черной дыры — вы можете прочесть и другие наши заметки. «Прошлое монстра» — о том, что происходит, когда дыра «просыпается». «Вселенская катапульта» — о том, как она поглотила свою соперницу. «Галактические пираньи» — о ее сытой юности и голодной старости.

По информации ESO