เครดิตรูปภาพ: ESO
ทีมนักดาราศาสตร์ได้เห็นดาวฤกษ์ปกติอื่น ๆ แล้วให้ผ่านเข้าไปใกล้หลุมดำมวลมหาศาลที่แฝงตัวอยู่ในใจกลางกาแลคซีทางช้างเผือกของเรา ด้วยวิธีการที่ใกล้ที่สุดดาวอยู่ห่างจากหลุมดำเพียง 17 ชั่วโมงแสง (ระยะทางจากดวงอาทิตย์ถึงพลูโตถึงสามเท่า) มีการรวบรวมภาพของภูมิภาคมานานกว่า 10 ปีโดยใช้ระบบทัศนศาสตร์แบบปรับตัวได้ที่หอดูดาว Paranal ของหอดูดาวยุโรปใต้
ทีมนักดาราศาสตร์ระหว่างประเทศ [2] นำโดยนักวิจัยที่ Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) ได้ตรวจพบดาวฤกษ์ปกติอย่างอื่นที่โคจรรอบหลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางดาราจักรทางช้างเผือก
สิบปีของการตรวจวัดอย่างพิถีพิถันได้รับการสวมใส่เป็นชุดของภาพที่ไม่ซ้ำกันที่ได้รับจากเครื่องมือ Adaptive Optics (AO) NAOS-CONICA (NACO) [3] ในกล้องโทรทรรศน์ 8.2-m VLT YEPUN ที่หอสังเกตการณ์ ESO Paranal ปรากฎว่าเมื่อต้นปีที่ผ่านมาดาวดวงนี้เข้าใกล้หลุมดำกลางถึงภายใน 17 ชั่วโมงแสง - ห่างจากดวงอาทิตย์และดาวพลูโตเพียงสามเท่าในขณะที่เดินทางด้วยความเร็วไม่ต่ำกว่า 5,000 กิโลเมตร / วินาที
ก่อนหน้าการตรวจวัดความเร็วของดาวฤกษ์ใกล้ใจกลางของทางช้างเผือกและการแผ่รังสีเอกซ์จากตัวแปรนี้ได้ให้หลักฐานที่แข็งแกร่งที่สุดจนถึงการดำรงอยู่ของหลุมดำกลางในกาแลคซีบ้านของเราและโดยปริยายว่ามวลมืด ความเข้มข้นที่เห็นในนิวเคลียสหลายแห่งของกาแลคซีอื่นอาจเป็นหลุมดำมวลมหาศาลด้วย อย่างไรก็ตามยังไม่สามารถแยกการกำหนดค่าอื่น ๆ ได้
ในรายงานฉบับย่อที่ปรากฏในวารสารการวิจัย Nature เมื่อวันที่ 17 ตุลาคม 2545 ทีมปัจจุบันรายงานผลลัพธ์ที่น่าตื่นเต้นรวมถึงภาพความละเอียดสูงที่อนุญาตให้ติดตามวงโคจรของดาวฤกษ์ที่กำหนด“ S2” ได้สองในสาม ปัจจุบันเป็นดาวฤกษ์ที่ใกล้เคียงที่สุดกับแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุและผู้สมัครหลุมดำขนาดใหญ่“ SgrA *” (“ Sagittarius A”) ที่ใจกลางของทางช้างเผือก ระยะเวลาการโคจรเพียง 15 ปี
การตรวจวัดใหม่ไม่รวมกับความเชื่อมั่นสูงว่ามวลความมืดส่วนกลางประกอบด้วยกลุ่มของดาวฤกษ์แปลกประหลาดหรืออนุภาคมูลฐานและไม่ต้องสงสัยเลยว่ามีหลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางกาแลคซีที่เราอาศัยอยู่
ควาซาร์และหลุมดำ
นับตั้งแต่การค้นพบควาซาร์ (แหล่งวิทยุเสมือนจริง) ในปี 1963 นักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ได้ค้นหาคำอธิบายของการผลิตพลังงานในวัตถุที่ส่องสว่างที่สุดในจักรวาล Quasars อาศัยอยู่ที่ใจกลางกาแลคซีและเชื่อว่าพลังงานมหาศาลที่ปล่อยออกมาจากวัตถุเหล่านี้เกิดจากสสารที่ตกลงสู่หลุมดำมวลยวดยิ่งปล่อยพลังงานความโน้มถ่วงผ่านการแผ่รังสีที่รุนแรงก่อนที่วัตถุนั้นจะหายไปตลอดกาล “ ผ่านพ้นขอบฟ้าเหตุการณ์” [4])
เพื่ออธิบายถึงการผลิตพลังงานอย่างมหาศาลของควาซาร์และกาแลคซีที่กำลังทำงานอื่น ๆ เราต้องคาดเดาหลุมดำที่มีมวลประมาณหนึ่งล้านถึงหลายพันล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์ มีหลักฐานมากมายที่สะสมในช่วงหลายปีที่ผ่านมาเพื่อสนับสนุนโมเดล“ หลุมดำที่เพิ่มขึ้น” ข้างต้นสำหรับควาซาร์และกาแลคซีอื่น ๆ รวมถึงการตรวจจับความเข้มข้นของมวลมืดในภูมิภาคกลางของพวกเขา
อย่างไรก็ตามการพิสูจน์ที่ชัดเจนนั้นจำเป็นต้องยกเว้นการกำหนดค่าหลุมอื่น ๆ ที่ไม่ใช่ดำที่เป็นไปได้ทั้งหมดของความเข้มข้นของมวลกลาง สำหรับเรื่องนี้มีความจำเป็นที่จะต้องกำหนดรูปร่างของสนามแรงโน้มถ่วงใกล้กับวัตถุศูนย์กลาง - และนี่เป็นไปไม่ได้สำหรับควอซาร์ไกลโพ้นเนื่องจากข้อ จำกัด ทางเทคโนโลยีของกล้องโทรทรรศน์ที่มีอยู่ในปัจจุบัน
ศูนย์กลางของทางช้างเผือก
ศูนย์กลางของกาแลคซีทางช้างเผือกของเราตั้งอยู่ในภาคใต้ของราศีธนู (The Archer) และเป็น "เพียง" 26,000 ปีแสง [5] สำหรับภาพที่มีความละเอียดสูงนั้นเป็นไปได้ที่จะแยกแยะดาวแต่ละดวงหลายพันดวงในใจกลางพื้นที่กว้างหนึ่งปีแสง (ซึ่งตรงกับระยะทางประมาณหนึ่งในสี่ของระยะทางถึง "Proxima Centauri" ซึ่งเป็นดาวที่อยู่ใกล้ระบบสุริยะมากที่สุด) .
การใช้การเคลื่อนที่ของดาวเหล่านี้เพื่อสำรวจสนามแรงโน้มถ่วงการสำรวจด้วยกล้องโทรทรรศน์เทคโนโลยีขนาด 3.5 ม. ใหม่ (NTT) ที่หอดูดาว ESO La Silla (ชิลี) (และต่อมาที่กล้องโทรทรรศน์ Keck ขนาด 10 ม. ฮาวายสหรัฐอเมริกา) ทศวรรษที่ผ่านมาแสดงให้เห็นว่ามวลประมาณ 3 ล้านเท่าดวงอาทิตย์กระจุกตัวอยู่ในรัศมีเพียง 10 วันแสง [5] ของวิทยุคอมแพคและแหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์ SgrA * (“ ราศีธนู A”) ที่ใจกลาง ของกระจุกดาว
ซึ่งหมายความว่า SgrA * เป็นหลุมดำสมมุติที่สุดและในเวลาเดียวกันทำให้ศูนย์กาแล็กซี่เป็นหลักฐานที่ดีที่สุดสำหรับการดำรงอยู่ของหลุมดำมวลมหาศาลดังกล่าว อย่างไรก็ตามการสืบสวนก่อนหน้านี้ไม่สามารถยกเว้นการกำหนดค่าหลุมอื่น ๆ ที่ไม่ใช่ดำ
“ เราต้องการรูปภาพที่คมชัดยิ่งขึ้นเพื่อแก้ไขปัญหาว่าการกำหนดค่าอื่นใดนอกเหนือจากหลุมดำเป็นไปได้หรือไม่และเรานับบนกล้องโทรทรรศน์ ESO VLT เพื่อให้สิ่งเหล่านั้น” Reinhard Genzel ผู้อำนวยการสถาบัน Max-Planck สำหรับฟิสิกส์ต่างดาวอธิบาย MPE) ใน Garching ใกล้กับมิวนิก (เยอรมนี) และสมาชิกของทีมปัจจุบัน “ เครื่องมือ NAOS-CONICA (NACO) ใหม่ที่สร้างขึ้นจากความร่วมมืออย่างใกล้ชิดระหว่างสถาบันของเราคือสถาบันดาราศาสตร์ Max-Planck (MPIA: ไฮเดลเบิร์ก, เยอรมนี), ESO และหอดูดาวปารีสเมดูงและเกรอน็อบล์ (ฝรั่งเศส) สิ่งที่เราต้องการในการก้าวไปข้างหน้าอย่างเด็ดขาด”
การสังเกต NACO ของศูนย์ทางช้างเผือก
เครื่องมือ NACO ใหม่ [3] ได้รับการติดตั้งในปลายปี 2544 ที่กล้องโทรทรรศน์ YEPUN ของ VLT 8.2-m แล้วในระหว่างการทดสอบครั้งแรกมันสร้างภาพที่น่าประทับใจมากมายซึ่งบางเรื่องเป็นเรื่องของการออก ESO รุ่นก่อนหน้า [6]
“ การสำรวจครั้งแรกในปีนี้กับ NACO ทำให้เราได้ภาพที่คมชัดและ 'ลึกที่สุด' ของทางช้างเผือกที่เคยถ่ายมาโดยแสดงให้เห็นดาวจำนวนมากในพื้นที่นั้นโดยมีรายละเอียดมาก "Andreas Eckart แห่งมหาวิทยาลัยโคโลญกล่าว สมาชิกอีกคนหนึ่งของทีมนานาชาติที่นำโดย Rainer Sch? del, Thomas Ott และ Reinhard Genzel จาก MPE “ แต่เรายังคงต้องเผชิญกับผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมของข้อมูลเหล่านั้น!”
เมื่อรวมภาพอินฟราเรดเข้ากับข้อมูลวิทยุความละเอียดสูงทีมงานสามารถตรวจสอบได้ว่าในช่วงเวลาสิบปีที่ผ่านมาตำแหน่งที่แม่นยำมากประมาณหนึ่งพันดาวในพื้นที่ภาคกลางเมื่อเทียบกับแหล่งกำเนิดวิทยุขนาดกะทัดรัด SgrA * ดู PR Photo 23c / 02
“ เมื่อเรารวมข้อมูล NACO ล่าสุดในการวิเคราะห์ของเราในเดือนพฤษภาคม 2545 เราไม่สามารถเชื่อสายตาของเราได้ ดาว S2 ซึ่งปัจจุบันใกล้เคียงกับ SgrA * มากที่สุดเพิ่งจะแสดงการแกว่งอย่างรวดเร็วใกล้กับแหล่งวิทยุ ทันใดนั้นเราก็ตระหนักว่าเรากำลังเห็นการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์ในวงโคจรรอบหลุมดำกลางทำให้มันใกล้กับวัตถุลึกลับนั้นอย่างไม่น่าเชื่อ” โธมัสออตต์กล่าวอย่างมีความสุขมากซึ่งตอนนี้ทำงานในทีม MPE ในวิทยานิพนธ์ปริญญาเอกของเขา .
อยู่ในวงโคจรรอบหลุมดำกลาง
ไม่มีเหตุการณ์เช่นนี้ถูกบันทึกไว้ ข้อมูลที่ไม่ซ้ำกันเหล่านี้แสดงให้เห็นอย่างไม่น่าเชื่อว่า S2 กำลังเคลื่อนที่ไปตามวงรีรูปไข่ด้วย SgrA * ที่โฟกัสเดียวนั่นคือ S2 orbits SgrA * เช่นโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ cf แผงด้านขวาของ PR Photo 23c / 02
ข้อมูลที่ยอดเยี่ยมยังช่วยให้สามารถกำหนดพารามิเตอร์วงโคจรได้อย่างแม่นยำ (รูปร่างขนาด ฯลฯ ) ปรากฎว่า S2 มาถึงระยะทางที่ใกล้ที่สุดกับ SgrA * ในฤดูใบไม้ผลิของปี 2002 ซึ่งขณะนี้อยู่ห่างจากแหล่งกำเนิดแสงเพียง 17 ชั่วโมง [5] หรือเพียง 3 เท่าของระยะทางจากดวงอาทิตย์ถึงดาวพลูโต จากนั้นมันก็เคลื่อนที่ที่ความเร็วมากกว่า 5,000 km / s หรือเกือบสองร้อยเท่าของความเร็วของโลกในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ ระยะเวลาการโคจร 15.2 ปี วงโคจรค่อนข้างยาว - ความเยื้องศูนย์คือ 0.87 - แสดงว่า S2 นั้นอยู่ห่างจากมวลส่วนกลางประมาณ 10 วันแสงที่จุดศูนย์กลางวงโคจรไกลที่สุด [7]
“ ตอนนี้เราสามารถแสดงให้เห็นได้อย่างมั่นใจว่า SgrA * เป็นที่ตั้งของมวลความมืดตรงกลางที่เรารู้ว่ามีอยู่จริง ที่สำคัญยิ่งกว่านั้นข้อมูลใหม่ของเรามี“ หด” โดยปัจจัยหลายพันเล่มภายในซึ่งมีมวลดวงอาทิตย์หลายล้านดวงอยู่ในนั้น” Rainer Sch? del นักศึกษาปริญญาเอกของ MPE กล่าวและยังเป็นผู้เขียนบทความชิ้นแรก
อันที่จริงการคำนวณแบบจำลองบ่งชี้ว่าการประมาณค่าที่ดีที่สุดของมวลของหลุมดำที่ศูนย์กลางของทางช้างเผือกคือ 2.6? มวลดวงอาทิตย์ 0.2 ล้านเท่า
ไม่มีความเป็นไปได้อื่น ๆ
จากการวิเคราะห์อย่างละเอียดที่นำเสนอในบทความ Nature การกำหนดค่าอื่น ๆ ที่เป็นไปได้ก่อนหน้านี้เช่นกระจุกดาวนิวตรอนขนาดกะทัดรัดหลุมดำขนาดตัวเอกหรือดาวมวลต่ำหรือแม้กระทั่งลูกกลมนิวตริโนหนักที่แยกได้
การตั้งค่าหลุมดำที่ไม่ใช่หลุมดำที่ยังคงทำงานได้เท่านั้นเป็นดาวสมมุติของอนุภาคมูลฐานหนักที่เรียกว่า bosons ซึ่งจะมีลักษณะคล้ายกับหลุมดำมาก “ อย่างไรก็ตาม” Reinhard Genzel กล่าว“ แม้ว่าจะเป็นไปตามหลักการของดาว boson มันก็จะยุบลงไปในหลุมดำมวลมหาศาลอย่างรวดเร็ว แต่อย่างใดดังนั้นฉันคิดว่าเรามีเหตุผลอย่างมาก!”
ข้อสังเกตถัดไป
นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ส่วนใหญ่ยอมรับว่าข้อมูลใหม่เป็นหลักฐานที่น่าสนใจว่าหลุมดำมวลมหาศาลอยู่ในใจกลางทางช้างเผือก สิ่งนี้ทำให้การตีความหลุมดำมวลมหาศาลยิ่งขึ้นสำหรับความเข้มข้นมหาศาลของมวลมืดที่ตรวจพบที่ใจกลางกาแลคซีอื่น ๆ ” Alvio Renzini นักวิทยาศาสตร์โปรแกรม VLT ของ ESO กล่าว
ดังนั้นสิ่งที่จะต้องทำยังคงอยู่? การแสวงหาครั้งใหญ่ครั้งต่อไปคือการเข้าใจว่าหลุมดำมวลมหาศาลเหล่านี้ก่อตัวขึ้นเมื่อใดและอย่างไรและทำไมกาแลคซีขนาดใหญ่เกือบทุกแห่งจึงปรากฏขึ้น การก่อตัวของหลุมดำกลางและกาแลคซีโฮสต์ของพวกมันดูเหมือนจะเป็นปัญหาเดียวและมากขึ้นเรื่อย ๆ แน่นอนหนึ่งในความท้าทายที่โดดเด่นสำหรับ VLT ที่จะแก้ไขในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า
นอกจากนี้ยังมีข้อสงสัยเล็กน้อยว่าการสังเกตการณ์ทางอินเตอร์เฟอโรเมตริกด้วยเครื่องมือที่ VLT Interferometer (VLTI) และกล้องโทรทรรศน์กล้องส่องทางไกลขนาดใหญ่ (LBT) จะส่งผลให้เกิดการก้าวกระโดดครั้งใหญ่อีกครั้งในสาขาการวิจัยที่น่าตื่นเต้นนี้
Andreas Eckart เป็นคนมองโลกในแง่ดี:“ บางทีมันอาจจะเป็นไปได้ด้วยการสำรวจรังสีเอกซ์และวิทยุในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าเพื่อแสดงให้เห็นถึงการดำรงอยู่ของขอบฟ้าเหตุการณ์”
แหล่งต้นฉบับ: ข่าว ESO
