Стрелец А*

Стрелец А* ― супермасивна црна дупка во Галактичкото Средиште во Млечниот Пат. Гледано од Земјата, се наоѓа во близина на границата на соѕвездијата Стрелец и Скорпија, околу 5,6° јужно од еклиптиката, видливо блиску до јатото Пеперутки (М6) и Ламбда Скорпија.
Телото е светол и многу збиен астрономски радиоизвор. Името Стрелец А* го разликува збиениот извор од поголемото (и многу посветлото) подрачје на Стрелец А во кој е вграден. Стрелец А* бил откриен во 1974 година од и Роберт Л. Браун, и ѕвездичката (*) била доделена во 1982 година од Браун, кој разбрал дека најсилната радиоемисија од средиштето на галаксијата се чини дека се должи на збиено нетоплинско радиотело.
Набљудувањата на неколку ѕвезди кои кружат околу Стрелец А*, особено ѕвездата S2, се користени за одредување на масата и горните граници на полупречникот на телото. Врз основа на масата и сè попрецизните граници на полупречникот, астрономите заклучиле дека Стрелец А* мора да биде средишна супермасивна црна дупка во галаксијата Млечен Пат. Сегашната најдобра проценка за неговата маса е 4,297 милиони сончеви маси.
Рајнхард Генцел и Андреја Гез ја добиле Нобеловата награда за физика за 2020 година за нивното откритие дека Стрелец А* е супермасивно збиено тело, за кој црната дупка била единственото веродостојно објаснување во тоа време.
Во мај 2022 година, астрономите ја објавиле првата слика од насобирачкиот диск околу хоризонтот на Стрелец А*, потврдувајќи дека е црна дупка, користејќи го Телескопот за хоризонтот на настани, светска мрежа на радионабљудувачници. Ова е втора потврдена слика на црна дупка, по супермасивната црна дупка на Месје 87 во 2019 година. Самата црна дупка не може да е гледана, само блиските тела чие однесување е под влијание на црната дупка. Набљудуваната радио и инфрацрвена енергија произлегува од гас и прашина загреани до милиони степени додека паѓаат во црната дупка.
1 Набљудување и опис
На 12 мај 2022 година, првата слика на Стрелец А* била објавена од страна на соработката наречена Телескоп за хоризонтот на настани. Сликата, која се заснова на податоците од радиоинтерферометарот направени во 2017 година, потврдува дека телото содржи црна дупка. Ова е втора слика од црна дупка. За обработка на оваа слика биле потребни пет години пресметки. Податоците биле собрани од осум радионабљудувачници на шест географски местоположби. Сликите на радио се добиваат од податоци со синтеза на блендата, обично од ноќни набљудувања на стабилни извори. Емисијата на радио од Стрелец A* варира според редоследот на минути, што ја усложува анализата.
Нивниот резултат дава вкупна аголна големина за изворот од микролачни минути. На растојание од 26,000 светлосни години, ова дава пречник од 51.8 милиони км. За споредба, Земјата е 150 милиони км од Сонцето, а Меркур е 46 милиони км од Сонцето во перихел. Сопственото движење на Стрелец A* е приближно −2,70 милилачни секунди годишно за ректасцензија и −5,6 милилачни секунди годишно за деклинација. Мерењето на овие црни дупки со телескопот ја испитувал теоријата за релативноста на Ајнштајн поригорозно отколку што било направено претходно, а резултатите совршено се совпаѓаат.
Во 2019 година, мерењата направени со Високорезолуциската воздушна широка камера-плус (ВВШК+/HAWC+) поставена во авионот на Стратосферската набљудувачница за инфрацрвена астрономија откриле дека магнетните полиња предизвикуваат околниот прстен од гас и прашина, чии температури се движат од -173.3 до 9,704.4 °C (99.8 to 9,977.6 K), да тече во орбитата околу Стрелец А*, одржувајќи ги емисиите на црните дупки ниски.
Астрономите не биле во можност да го набљудуваат Стрелец A* во оптичкиот спектар поради ефектот од 25 величини на згаснување (примање и расејување) од прашина и гас помеѓу изворот и Земјата.
2 Историја
Во април 1933 година, Карл Јански, кој е сметан за еден од татковците на радиоастрономијата, открил дека радиосигнал доаѓа од место во правец на соѕвездието Стрелец, кон средиштето на Млечниот Пат. Радиоизворот подоцна станал познат како Стрелец А. Неговите набљудувања не се прошириле на југ колку што сега знаеме дека е Галактичкото Средиште. Набљудувањата на Џек Пидингтон и Хари Минет со помош на радиотелескопот на Комонвелтската научна и индустриска истражувачка организација (КНИИО/SCIRO) во Потсхилскиот Резервоар, во Сиднеј, откриле дискретен и светол радиоизвор „Стрелец-Скорпија“, кој по понатамошното набљудување со радиотелескопот од 24 м на КНИИО во Довер Хајтс, бил идентификуван во писмо до списанието ''Nature'' како веројатно Галактичко Средиште.
Подоцнежните набљудувања покажаа дека Стрелец А всушност се состои од неколку преклопувачки помали составни делови; светол и многу збиен составен дел, Sgr А*, бил откриен на 13 и 15 февруари 1974 година од Балик и Роберт Л Браун со помош на основниот интерферометар на Националната радиоастрономска набљудувачница. Името Стрелец А* бил измислен од Браун во труд од 1982 година бидејќи радиоизворот бил „возбудлив“, а возбудените состојби на атомите се означени со ѕвездички.
Од 1980-тите, евидентно е дека средишниот составен дел на Стрелец A* е веројатно црна дупка. Во 1994 година, инфрацрвени и подмилиметарски спектроскопски студии од група од Беркли во кои биле вклучени нобеловецот Чарлс Хард Таунс и идниот добитник на Нобеловата награда, Рајнхард Генцел, покажале дека масата на Стрелец A* е цврсто концентрирана и од редот на 3 милиони Сонца.
На 16 октомври 2002 година, меѓународна група предводен од Рајнхард Генцел од Институтот за вонземска физика „Макс Планк“ го пријавил набљудувањето на движењето на ѕвездата С2 во близина на Стрелец А* во период од десет години. Според анализата на групата, податоците ја отфрлиле можноста Стрелец A* да содржи јато на темни ѕвездени тела или маса од изродени фермиони, што ги зајакнува доказите за масивна црна дупка. Набљудувањата на S2 користеле блискоинфрацрвена интерферометрија (во опсегот Ks, т.е. 2.1 μm) поради намаленото меѓуѕвездено згаснување во оваа лента. Мазери со силициум моноксид биле користени за усогласување на блискоинфрацрвени слики со радионабљудувања, бидејќи тие може да се набљудуваат и во блискоинфрацрвени и во радио опсези. Брзото движење на S2 (и другите блиски ѕвезди) лесно било издвојувано наспроти ѕвездите кои побавно се движат долж линијата на видот, така што тие може да бидат одземени од сликите.
Радионабљудувањата на Многу големата основна интерферометрија на Стрелец А*, исто така, можеа да бидат порамнети средишно со блискуинфрацрвените слики, така што било откриено дека фокусот на елиптичната орбита на S2 се совпаѓа со положбата на Стрелец А*. Од испитувањето на Кеплеровата орбита на S2, тие ја утврдиле масата на Стрелец А* да биде сончеви маси, ограничени во волумен со полупречник не поголем од 17 светлосни часови (120 ае [18 милијарди км]). Подоцнежните набљудувања на ѕвездата S14 покажале дека масата на телото е околу 4,1 милиони сончеви маси во волумен со полупречник не поголем од 6,25 светлосни часови (45 ае [6.7 милијарди км]). S175 поминал на слично растојание. За споредба, Шварцшилдовиот Полупречник е (0.08 ае [12 милиони км]). Тие, исто така, го одредиле растојанието од Земјата до Галактичкото Средиште (вртежното средиште на Млечниот Пат), што е важно за калибрирање на астрономските скали на растојание, како 8,000 ± 600 парсеци (30,000 ± 2,000 светлосни години). Во ноември 2004 година, група од астрономи објавија откривање на потенцијална црна дупка со средна маса, наречена GCIRS 13E, која кружи на 3 светлосни години од Стрелец А*. Оваа црна дупка од 1.300 сончеви маси е во јато од седум ѕвезди. Ова набљудување може да додаде поддршка на идејата дека супермасивните црни дупки растат со примање на блиските помали црни дупки и ѕвезди.
По следењето на ѕвездените орбити околу Стрелец А* 16 години, Гилесен и соработниците ја процениле масата на телото на сончеви маси. Резултатот бил објавен во 2008 година и објавен во ''The Astrophysical Journal'' во 2009 година. Рајнхард Генцел, водач на групата на истражувањето, рекол дека студијата го испорачала „она што сега е сметано за најдобар емпириски доказ дека супермасивните црни дупки навистина постојат. Ѕвездените орбити во Галактичкото Средиште покажуваат дека средишната маса на концентрација од четири милиони сончеви маси мора да бидат црна дупка, надвор од секое разумно сомневање“.
На 5 јануари 2015 година, НАСА објавила дека забележала рендгенски блесок 400 пати посветол од вообичаеното, рекорден, од Стрелец А*. Необичниот настан можеби е предизвикан од распаѓањето на астероид кој паѓа во црната дупка или од заплеткувањето на линиите на магнетното поле во гасот што тече во Стрелец А*, според астрономите.
На 13 мај 2019 година, астрономите кои ја користеле Кековата набљудувачница биле сведоци на ненадејно осветлување на Стрелец А*, што станал 75 пати посветол од вообичаеното, што наведува дека супермасивната црна дупка можеби наишла на друго тело.
Во јуни 2023 година, биле пронајдени необјаснети филаменти на радиоенергија поврзани со Стрелец А*.
3 Средишна црна дупка
Во трудот објавен на 31 октомври 2018 година, било објавено откривањето на убедливи докази дека Стрелец А* е црна дупка. Користејќи го интерферометарот GRAVITY и четирите телескопи на Многу големиот телескоп за да биде создаден виртуелен телескоп со пречник од 130 м, астрономите откриле купчиња гас кои се движат со околу 30% од брзината на светлината. Емисијата од високо енергетските електрони многу блиску до црната дупка била видлива како три истакнати светли блесоци. Овие точно се совпаѓаат со теоретските предвидувања за жешки точки кои кружат блиску до црна дупка од четири милиони сончеви маси. Сметано е дека блесоците потекнуваат од магнетните заемодејствија во многу жешкиот гас кој кружи многу блиску до Стрелец А*.
Во јули 2018 година, било објавено дека S2 која кружи околу Стрелец А*, била фотографирана со 7,650 км/с, или 2,55% од брзината на светлината, што води до перицентралниот пристап, во мај 2018 година, на околу 120 ае (18 милијарди км; приближно 1.400 Шварцшилдови полупречници) од Стрелец А*. На тоа блиско растојание до црната дупка, Ајнштајновата теорија на општата релативност (ОР) предвидува дека S2 ќе покаже забележливо гравитациско црвено поместување покрај вообичаената брзина на црвено поместување; гравитациското црвено поместување било откриено, во согласност со предвидувањето на ОР во рамките на 10-процентната прецизност на мерењето.
Претпоставувајќи дека општата релативност е сè уште валиден опис на гравитацијата во близина на хоризонтот на настани, радиоемисиите на Стрелец А* не се сосредочени на црната дупка, туку произлегуваат од светла точка во подрачјето околу црната дупка, блиску до хоризонтот на настани, евентуално во насобирачкиот диск, или релативистички млаз материјал исфрлен од дискот. Ако очигледната положба на Стрелец А* била точно сосредочена на црната дупка, би можело да биде виден тој зголемен повеќе од неговата големина, поради гравитациското гледање со леќи кон црната дупка. Според општата релативност, ова би резултирало со структура слична на прстен, кој има пречник околу 5,2 пати поголем од Шварцшилдовиот полупречник на црната дупка (10 микролачни секунци). За црна дупка од околу 4 милиони сончеви маси, ова одговара на големина од приближно 52 микролачни секунди, што е во согласност со набљудуваната вкупна големина од околу 50 микролачни секунди, големината (привидниот пречник) на самата црна дупка на Стрелец A* е 20 микролачни секунди.
Неодамнешните набљудувања со помала резолуција открија дека радиоизворот на Стрелец А* е симетричен. Симулациите на алтернативните теории на гравитацијата прикажуваат резултати што може да биде тешко да се разликуваат од општата релативност. Сепак, труд од 2018 година предвидува слика на Стрелец А* што е во согласност со неодамнешните набљудувања; особено ја објаснува малата аголна големина и симетричната морфологија на изворот.
Масата на Стрелец А* е проценета на два различни начини:
# Две групи - во Германија и Соединетите Држави - ги следеле орбитите на поединечни ѕвезди многу блиску до црната дупка и ги користеле Кеплеровите закони за да ја заклучат затворената маса. Германската група открила маса од сончеви маси, додека група од Соединетите Држави открила сончеви маси. Имајќи предвид дека оваа маса е ограничена во сфера со полупречник од 44 милиони километри, ова дава густина десет пати поголема од претходните проценки.
# Во поново време, мерењето на сопствените движења на примерок од неколку илјади ѕвезди во приближно еден парсек од црната дупка, во комбинација со статистичка техника, дале проценка на масата на црната дупка на , плус распределена маса во средишниот парсек која изнесува . Сметано е дека второто е составено од ѕвезди и ѕвездени остатоци.
Релативно малата маса на оваа супермасивна црна дупка, заедно со малата сјајност на радио и инфрацрвените емисиони линии, имплицираат дека Млечниот Пат не е Сејфертова галаксија.
На крајот на краиштата, она што е гледано не е самата црна дупка, туку набљудувањата кои се доследни само ако постои црна дупка присутна во близина на Стрелец А*. Во случај на таква црна дупка, набљудуваната радио и инфрацрвена енергија произлегува од гас и прашина загреани на милиони степени додека паѓаат во црната дупка. Сметано е дека самата црна дупка емитира само Хокингово зрачење на занемарлива температура, од редот на 10<sup>−14</sup> келвини.
Гама-набљудувачницата INTEGRAL при Европската вселенска агенција набљудувала гама-зраци кои биле во заемодејсво со блискиот џиновски молекуларен облак Стрелец B2, предизвикувајќи емисија на рендгенски зраци од облакот. Вкупната сјајност од овој изблик (≈1,5 ергови/с) е проценуван дека е милион пати посилен од тековниот излез од Стрелец A* и е споредлив со типично активно галактичко јадро. Во 2011 година овој заклучок бил поддржан од јапонските астрономи кои го набљудувале средиштето на Млечниот Пат со сателитот Сузаку.
Во јули 2019 година, астрономите објавиле дека пронашле ѕвезда, S5-HVS1, која патувала 1,755 км/с или 0,006 ''c''. Ѕвездата се наоѓа во соѕвездието Жерав на јужното небо, и на околу 29.000 светлосни години од Земјата, и можеби е исфрлена од галаксијата Млечен Пат по заемодејство со Стрелец А*.
Неколку вредности се дадени за неговиот параметар за центрифугирање <math>a_{*}=\frac{cJ}{GM^{2</math>; некои примери се од Фраџоне и Луб (2020) <math>a_{*} < 0.1</math>, Белангер и соработниците (2006) <math>a_{*}\sim 0.22
</math>, Мејер и соработниците (2006) <math>a_{*} > 0.4</math>, Гензел и соработниците (2003) <math>a_{*} \sim 0.52</math> и Дејли и сор. (2023) <math>a_{*} = 0.90 \pm 0.06</math>.
4 Ѕвезди кои кружат
Постојат голем број на ѕвезди во блиска орбита околу Стрелец А*, кои збирно се познати како „Ѕвезди S“. Овие ѕвезди се забележани првенствено во инфрацрвените бранови должини на K-лентата, бидејќи меѓуѕвездената прашина драстично ја ограничува видливоста во видливите бранови должини. Ова е поле кое брзо се менува - во 2011 година, орбитите на најистакнатите ѕвезди тогаш познати биле нацртани на дијаграмот лево, покажувајќи споредба помеѓу нивните орбити и различните орбити во Сончевиот Систем. Оттогаш, откриено е дека S62 се приближува уште поблиску од тие ѕвезди.
Високите брзини и блиските приоди до супермасивната црна дупка ги прават овие ѕвезди корисни за утврдување на границите на физичките димензии на Стрелец А*, како и за набљудување на ефектите поврзани со општата релативност како периапсното поместување на нивните орбити. Одржуван е активен часовник за можноста ѕвездите да се приближат до хоризонтот на настани доволно блиску за да бидат нарушени, но ниту една од овие ѕвезди не е очекувано да ја доживее таа судбина.
Согласно 2020 година, S4714 е тековниот рекордер за најблиско доближување до Стрелец А*, со околу 12,6 ае (1.88 милијарди км), речиси исто колку што Сатурн се приближува до Сонцето, патувајќи со околу 8% од брзината на светлината. Овие бројки се приближни, формалните неизвесности се 12,6 ± 9,3 и 23,928 ± 8,840 км/с. Нејзиниот орбитален период е 12 години, но крајната ексцентричност од 0,985 и дава близок пристап и голема брзина.
Извадок од табела на ова јато (видете јато Стрелец А*), на кој се претставени најистакнатите членови. Во табелата подолу, id1 е името на ѕвездата во Гилесеновиот каталог и id2 во каталогот на Универзитетот во Калифорнија, Лос Анџелес. a, e, i, Ω и ω се стандардни орбитални елементи, со a кое е мерено во лачни секунди. Tp е епоха на перицентарски премин, P е орбитален период во години и Kmag е инфрацрвената К-појасна привидна величина на ѕвездата. q и v се перцентарното растојание во AU и перцентарската брзина во проценти од брзината на светлината.
id1, id2, a, e, i (°), Ω (°), ω (°), Tp (години), P (години), Kmag, q (ае), v (%c)
S1, S0-1, 0.5950, 0.5560, 119.14, 342.04, 122.30, 2001.800, 166.0, 14.70, 2160.7, 0.55
S2, S0-2, 0.1251, 0.8843, 133.91, 228.07, 66.25, 2018.379, 16.1, 13.95, 118.4, 2.56
S8, S0-4, 0.4047, 0.8031, 74.37, 315.43, 346.70, 1983.640, 92.9, 14.50, 651.7, 1.07
S12, S0-19, 0.2987, 0.8883, 33.56, 230.10, 317.90, 1995.590, 58.9, 15.50, 272.9, 1.69
S13, S0-20, 0.2641, 0.4250, 24.70, 74.50, 245.20, 2004.860, 49.0, 15.80, 1242.0, 0.69
S14, S0-16, 0.2863, 0.9761, 100.59, 226.38, 334.59, 2000.120, 55.3, 15.70, 56.0, 3.83
S62, 0.0905, 0.9760, 72.76, 122.61, 42.62, 2003.330, 9.9, 16.10, 16.4, 7.03
S4714, 0.102, 0.985, 127.7, 129.28, 357.25, 2017.29, 12.0, 17.7, 12.6, 8.0
5 Откривање на гасен облак Г2 на насобирачки правец
Првпат забележан како нешто необично на сликите од средиштето на Млечниот Пат во 2002 година, гасниот облак G2, кој има маса околу три пати поголема од Земјата, било потврдено дека веројатно е на патека што го води во зоната на насобирање на Стрелец A* во труд објавен во списанието ''Nature'' во 2012 година. Предвидувањата за неговата орбита наведувале дека најблиску ќе се приближи до црната дупка ( перинигрикон) на почетокот на 2014 година, кога облакот бил на растојание од нешто повеќе од 3.000 пати од полупречникот на хоризонтот на настани (или ≈260 ае, 36 светлосни часови) од црната дупка. Забележано е дека G2 се пореметува од 2009 година, и некои предвидувале дека ќе биде целосно уништен од средбата, што можеше да доведе до значително осветлување на рендгенските зраци и други емисии од црната дупка. Други астрономи навеле дека гасниот облак би можел да крие слаба ѕвезда, или производ од спојување на двојни ѕвезди, што ќе го држи заедно против плимните сили на Стрелец A*, дозволувајќи му на збирот да помине без никаков ефект. Покрај плимните ефекти врз самиот облак, во мај 2013 година било предложено дека, пред неговиот перинигрикон, G2 може да доживее повеќекратни блиски средби со членовите на населенијата од црни дупки и неутронски ѕвезди за кои е сметано дека кружат во близина на Галактичкото Средиште, кој нуди одреден увид во подрачјето околу супермасивната црна дупка во средиштето на Млечниот Пат.
Просечната стапка на насобирање на Стрелец A* е невообичаено мала за црна дупка со нејзината маса и е забележлива само затоа што е толку блиску до Земјата. Било сметано дека минувањето на G2 во 2013 година може да им понуди на астрономите шанса да научат многу повеќе за тоа како материјалот се собира на супермасивни црни дупки. Неколку астрономски работни тела го забележале овој најблизок пристап, со набљудувања потврдени со Чандра, XMM, Многу големата низа, INTEGRAL, Свифт, Ферми и побарани во Многу големиот телескоп и „Кек“.
Симулации на преминот биле направени пред да биде сторено од страна на групи во Европската јужна набљудувачница и Националната лабораторија „Лоренс Ливермор“.
Додека облакот се приближувал до црната дупка, Дерил Хагард рекол: „Возбудливо е да се има нешто што повеќе изгледа како опит“ и се надева дека заемодејството ќе произведе ефекти кои ќе обезбедат нови информации и сознанија.
Ништо не било забележано за време и по најблиското приближување на облакот до црната дупка, што беше било како недостаток на „огномет“ и „сопка“. Астрономите од Групата за Галактичкото Средиште при Универзитет во Калифорнија, Лос Анџелес, објавиле набљудувања добиени на 19 и 20 март 2014 година, заклучувајќи дека G2 е сè уште недопрена (за разлика од предвидувањата за едноставна хипотеза за гасен облак) и дека облакот најверојатно ќе има средишна ѕвезда.
Анализата објавена на 21 јули 2014 година, заснована на набљудувањата на Многу големиот телескоп на Европската јужна набљудувачница во Чиле, заклучи алтернативно дека облакот, наместо да биде изолиран, може да биде густ куп во постојан, но потенок тек на материјата и би делува како постојано ветре на дискот на материјата што кружи околу црната дупка, наместо ненадејни налети кои би предизвикале висока осветленост додека удираат, како што првично било очекувано. Како поддршка на оваа хипотеза, G1, облак кој поминал во близина на црната дупка пред 13 години, имал орбита речиси идентична со G2, во согласност со двата облаци, и гасна опашка за која е сметано дека е зад G2, а сите се погусти купчиња во еден голем гасен поток.
Андреја Гец и соработниците во 2014 година предложиле дека G2 не е гасен облак, туку пар двојни ѕвезди кои кружеле околу црната дупка во тандем и се споиле во крајно голема ѕвезда.
6 Поврзано
** Список на најблиски познати црни дупки
7 Дополнителна литература
********************