Стрелец A*

У этого термина существуют и другие значения, см. Стрелец.

Стрелец A*

Звезда
Стрелец A* (в центре) и два световых эха от недавнего взрыва (в кружке)
Наблюдательные данные (Эпоха J2000.0)
Тип	радиоисточник
Прямое восхождение	17ч 45м 40,045с
Склонение	-29° 0′ 27,9″
Расстояние	25 900 ± 1 400 св. лет (7 940 ± 420[1] пк)
Созвездие	Стрелец
Информация в базах данных
SIMBAD	данные
Источники: [2]

Координаты:  17^ч 45^м 40,045^с_-29° 0′ 27,9″

Стрелец A* (прозносится «звезда Стрелец А"», «Sagittarius A*», «Sgr A*») — компактный радиоисточник, находящийся в центре нашей галактики, входит в состав радиоисточника Стрелец А. Излучает также в инфракрасном, рентгеновском и других диапазонах. Представляет собой сверхмассивный объект (вероятно, чёрную дыру), окружённый горячим радиоизлучающим газовым облаком диаметром около 1,8 пк^[3]. Расстояние до радиоисточника составляет около 26 тыс. св. лет, масса центрального объекта — 4,3 млн масс Солнца^[4].

Расстояние:	25900±1400 световых лет (7940±420 парсек)
Радиус:	не более 45 а. е. (6,25 световых часов)
Масса:	(4,31 ± 0,36)·106 M☉
Яркостная температура	около 1·107 K

История открытия

16 октября 2002 международная исследовательская группа Института Макса Планка во главе с Райнером Шёделем сообщила о наблюдениях движения звезды S2 вокруг объекта Стрелец A* за десять лет. Наблюдения доказывали, что Стрелец A* — объект огромной массы^[5]. По анализу элементов орбит вначале было определено, что масса объекта составляет 2,6 млн M_☉, эта масса заключена в объёме не более 17 световых часов (120 а. e.) в диаметре. Последующие наблюдения установили более точное значение массы — 3,7 млн M_☉, а радиус не более 6,25 светового часа (45 а. e.)^[6][7]. Для сравнения: Плутон отстоит от Солнца на 5,51 светового часа.

Эти наблюдения позволили предположить, что объект Стрелец A* связан с чёрной дырой.

В декабре 2008 исследователи из Института внеземной физики Макса Планка опубликовали уточнённые данные о массе предполагаемой сверхмассивной чёрной дыры по результатам наблюдений за 16 лет^[8]. Она составила 4,31 ± 0,36 миллионов масс Солнца. Райнхард Генцель (нем. Reinhard Genzel), руководитель группы, отметил, что это исследование является лучшим опытным свидетельством существования сверхмассивных чёрных дыр^[9]. Последние наблюдения с высоким угловым разрешением на длине волны 1,3 мм показывают^[10], что угловой диаметр источника равен 37 микросекундам дуги, что на данном расстоянии соответствует линейному диаметру 44 млн км (ср. с перигелием орбиты Меркурия, 46 млн км). Поскольку гравитационный радиус объекта массой М равен R_g = 2,95(M/M_☉) км, для данной массы он составляет (12,7 ± 1,1) млн км, и измеренный радиус источника лишь вдвое больше гравитационного радиуса центрального объекта. Это согласуется с ожидаемым существованием излучающего аккреционного диска вокруг чёрной дыры.

Наблюдения в радиодиапазоне

Долгое время центр нашей Галактики, приблизительное положение которого (созвездие Стрельца) было известно по оптическим наблюдениям, не был ассоциирован ни с каким компактным астрономическим объектом. Только в 1960 году Дж. Оорт и Г. Рогур установили, что в непосредственной близости (менее 0°,03) от галактического центра находится радиоисточник Стрелец А (Sgr A)^[11]. В 1966 году Д. Даунс и А. Максвелл, обобщив данные по радионаблюдениям в дециметровом и сантиметровом диапазонах, пришли к выводу, что малое ядро Галактики представляет собой объект диаметром 10 пк, связанным с источником Стрелец-А^[12].

К началу 1970-х годов благодаря наблюдениям в радиоволновом диапазоне было известно, что радиоисточник Стрелец-А имеет сложную пространственную структуру. В 1971 г. Даунс и Мартин, проводя наблюдения на Камбриджском радиотелескопе с базой 1,6 км на частотах 2,7 и 5 ГГц с разрешением около 10′, выяснили, что радиоисточник состоит из двух диффузных облаков, находящихся на расстоянии 1′ друг от друга: восточная часть (Sgr A) излучает радиоволновой спектр нетепловой природы, а западная (Sgr A*) представляет собой радиоизлучающее облако горячего ионизированного газа диаметром около 45″ (1,8 пс)^[3]. В 1974 году Б. Балик и С. Сандерс провели на 43-метровом радиотелескопе Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) картографирование радиоисточника Стрелец-А на частотах 2,7 и 8,1 ГГц с разрешением 2″^[13]. Было обнаружено, что оба радиоисточника представляют собой компактные образования диаметром менее 10″ (0,4 пк), окружённые облаками горячего газа.

Начало наблюдений в инфракрасном диапазоне

Вплоть до конца 1960-х годов не существовало эффективных инструментов для изучения центральных областей Галактики, поскольку плотные облака космической пыли, закрываюшие от наблюдателя галактическое ядро, полностью поглощают идущее из ядра видимое излучение и значительно осложняют работу в радиодиапазоне.

Ситуация коренным образом изменилась благодаря развитию инфракрасной астрономии, для которой космическая пыль практически прозрачна. Ещё в 1947 году Стеббинс и А. Уитфорд, используя фотоэлемент, сканировали галактический экватор на длине волны 1,03 мкм, однако не обнаружили дискретного инфракрасного источника^[14]. В. И. Мороз в 1961 году провёл аналогичное сканирование окрестностей Sgr A на волне 1,7 мкм и тоже потерпел неудачу^[15]. В 1966 году Е. Беклин сканировал район Sgr A в диапазоне 2,0—2,4 мкм и впервые обнаружил источник, по положению и размерам соответствоваший радиоисточнику Стрелец-А. В 1968 году Е. Беклин и Г. Нойгебауэр провели сканирование для длин волн 1,65, 2,2 и 3,4 мкм с разрешением 0,08—1,8″ и обнаружили объект сложной структуры, состоявший из основного инфракрасного источника диаметром 5′, компактного объекта внутри него, расширеной фоновой области и нескольких компактных звездообразных источников в непосредственной близости от основного источника^[16].

В середине 1970-х годов начинается исследование динамических характеристик наблюдаемых объектов. В 1976 году Е.Воллман спектральными методами (использовалась линия излучения однократно ионизованного неона Ne II с длиной волны 12,8 мкм) исследовал скорость движения газов, в области диаметром 0,8 пк вокруг галактического центра. Наблюдения показали симметричное движение газа со скоростями около 75 км/c. По полученным данным Воллман предпринял одну из первых попыток оценить массу объекта, предположительно находящегося в центре галактики. Полученный им верхний предел массы оказался равным 4·10⁶ M_☉^[17].

Обнаружение компактных инфракрасных источников

Дальнейшее увеличение разрешающей способности телескопов позволило выделить в газовом облаке, окружающем центр галактики, несколько компактных инфракрасных источников. В 1975 году Е. Беклин и Г. Нойгебауэр составили инфракрасную карту центра галактики для длин волн 2,2 и 10 мкм с разрешением 2″,5, на которой выделили 20 обособленных источников, получивших название IRS1—IRS20^[18]. Четыре из них (1, 2, 3, 5) позиционно совпали с известными по радионаблюдениям компонентами радиоисточника Sgr A. Природа выделенных источников долгое время обсуждалась. Один из них (IRS 7) идентифицирован как молодая звезда-сверхгигант, несколько других — как молодые гиганты. IRS 16 оказался очень плотным (10⁶ M_☉ на пк³) скоплением звёзд-гигантов и карликов. Остальные источники предположительно являлись компактными облаками H II и планетарными туманностями, в некоторых из которых присутствовали звёздные компоненты^[19]. Продольная скорость отдельных источников лежала в пределах ±260 км/c, диаметр составлял 0,1—0,45 пк, масса 0,1—10 M_☉, расстояние от центра Галактики 0,05—1,6 пк. Масса центрального объекта оценивалась как 3·10⁶ M_☉, таким же был порядок массы, распределённой в области радиусом 1 пк вокруг центра. Поскольку вероятная ошибка при вычислении масс была того же порядка, допускалась возможность отсутствия центрального тела, при этом распределённая в радиусе 1 пк масса оценивалась как 0,8—1,6·10⁷ M_☉ ^[20].

Последующее десятилетие характеризовалось постепенным ростом разрешающей способности оптических приборов и выявлением всё более подробной структуры инфракрасных источников. К 1985 году стало ясно, что наиболее вероятным местом нахождения центральной чёрной дыры является источник, обозначенный как IRS 16. Были обнаружены также два мощных потока ионизированного газа, один из которых вращался по круговой орбите на расстоянии 1,7 пк от центра Галактики, а второй — по параболической на расстоянии 0,5 пк. Масса центрального тела, рассчитанная по скорости этих потоков составила 4,7·10⁶ M_☉ по первому потоку и 3,5·10⁶ M_☉ по второму^[21].

Наблюдение отдельных звёзд

Звёзды в пределах ±0,5″ от центра Галактики (рисунок)

Траектории звёзд, ближайших к центру Галактики по данным наблюдений 1995—2003 годов

В 1991 году вступил в строй инфракрасный матричный детектор SHARP I на 3,5-метровом телескопе Европейской южной обсерватории (ESO) в Ла-Силла (Чили). Камера диапазона 1—2,5 мкм обеспечивала разрешение 50 угловых мкс на 1 пиксель матрицы. Кроме того, был установлен 3D-спектрометр на 2,2-метровом телескопе той же обсерватории.

С появлением инфракрасных детекторов высокого разрешения стало возможным наблюдать в центральных областях Галактики отдельные звёзды. Изучение их спектральных характеристик показало, что большинство из них относятся к молодым звёздам возрастом несколько миллионов лет. Вопреки ранее принятым взглядам, было установлено, что в окрестностях сверхмассивной чёрной дыры активно идёт процесс звездообразования. Полагают, что источником газа для этого процесса являются два плоских аккреционных газовых кольца, обнаруженных в центре Галактики в 1980-х годах. Однако внутренний диаметр этих колец слишком велик, чтобы объяснить процесс звездообразования в непосредственной близости от чёрной дыры. Звёзды, находящиеся в радиусе 1″ от чёрной дыры (так называемые «S-звёзды») имеют случайное направление орбитальных моментов, что противоречит аккреционному сценарию их возникновения. Предполагается, что это горячие ядра красных гигантов, которые образовались в отдалённых районах Галактики, а затем мигрировали в центральную зону, где их внешние оболочки были сорваны приливными силами чёрной дыры^[22].

К 1996 году были известны более 600 звёзд в области диаметром около парсека (25″) вокруг радиоисточника Стрелец А*, а для 220 из них были надёжно определены радиальные скорости. Оценка массы центрального тела составляла 2—3·10⁶ M_☉, радиуса — 0,2 св. лет.

В настоящее время (октябрь 2009 года) разрешающая способность инфракрасных детекторов достигла 0,″0003 (что на расстоянии 8 кпс соответствует 2,5 а. е.). Число звёзд в пределах 1 пс от центра Галактики, для которых измерены параметры движения, превысило 6000^[23].

Рассчитаны точные орбиты для ближайших к центру Галактики 28 звёзд, наиболее интересной среди которых является звезда S2. За время наблюдений (1992—2007), она сделала полный оборот вокруг чёрной дыры, что позволило с большой точностью оценить параметры её орбиты. Период обращения S2 составляет 15,80(11) года, большая полуось орбиты 0,″123(1) (1000 а. е.), эксцентриситет 0,880(3), максимальное приближение к центральному телу 0,″015 или 120 а. е.^[4] Точное измерение параметров орбиты S2, которая оказалась близкой к кеплеровской, позволила с высокой точностью оценить массу центрального тела. По последним оценкам она равна

$\ ( 4,31 \pm 0,06\mid _{stat} \pm \, 0,36 \mid _{R_0} ) \times 10^6 M_\odot,$

где ошибка 0,06 вызвана погрешностью измерения параметров орбиты звезды S2, а ошибка 0,36 — погрешностью измерения расстояния от Солнца до центра Галактики^[4].

Наиболее точные современные оценки расстояния до центра Галактики дают R₀ = 8,33 ± 0,35 кпк. Пересчёт массы центрального тела при изменении оценки расстояния производится по формуле M = 4,31·(R₀/8,33 кпк)^2,19 ± 0,06 ± 8,6 ΔR/R₀) × 10⁶ M_☉.

Гравитационный радиус чёрной дыры массой 4·10⁶ масс Солнца составляет примерно 12 млн км или 0,08 а. е., то есть в 1400 раз меньше, чем ближайшее расстояние, на которое подходила к центральному телу звезда S2. Однако среди исследователей практически нет сомнений, что центральный объект не является скоплением звёзд малой светимости, нейтронных звёзд или чёрных дыр, поскольку, сконцентрированные в таком малом объёме, они неизбежно бы слились за короткое время в единый сверхмассивный объект, который не может быть ничем иным, кроме чёрной дыры.

В ноябре 2004 было открыто скопление из семи звёзд, которое движется по орбите на расстоянии трёх световых лет вокруг объекта Стрелец A*. Возможно, оно представляет из себя ядро бывшего массивного звёздного скопления, разрушенного приливными силами^[24][25]. Движение этих звёзд относительно друг друга показывет, что в скопление входит чёрная дыра промежуточной массы M = 1300 M_☉.

Свидетельства недавней активности

Наблюдения на космической обсерватории «Интеграл» (Европейское космическое агентство), выполненные российской командой астрономов под руководством М.Ревнивцева, показывают, что гигантское молекулярное облако Sgr B2, находящееся вблизи Sgr A*, является источником жёсткого рентгеновского излучения, что может быть объяснёно недавней высокой светимостью Sgr A*^[26]. Это означает, что в очень недавнем прошлом (300—400 лет назад) Sgr A* мог быть типичным активным галактическим ядром малой светимости (L≈1,5·10³⁹ эрг/с в диапазоне 2—200 кэВ), которая, однако, в миллион раз превышала современную светимость^[27]. Этот вывод в 2011 г. подтвердили японские астрономы из Университета Киото^[28].

См. также

• Галактический центр
• Стрелец B2
• Движение звёзд вокруг массивного центра в Sgr A* (видео)

Примечания

1. ↑ Eisenhauer, F., Schödel, R. et al. “A geometric determination of the distance to the galactic center.” The Astrophysical Journal, 597, L121–L124, (2003).
2. ↑ Data and scientific papers about Sagittarius A*
3. ↑ ^{1 2} Downes, D.; Martin, A. H. M. Compact Radio Sources in the Galactic Nucleus // Nature. — 1971. — Vol. 233. — С. 112–114.
4. ↑ ^{1 2 3} Gillessen, S.; Eisenhauer, F.; Trippe, S.; Alexander, T.; Genzel, R.; Martins, F.; Ott, T. Monitoring Stellar Orbits Around the Massive Black Hole in the Galactic Center // The Astrophysical Journal. — 2009. — Vol. 692. — С. 1075-1109.
5. ↑ Schödel, R. et al. «A star in a 15.2-year orbit around the supermassive black hole at the centre of the Milky Way.» Nature, 419, 694—696, (2002).446
6. ↑ Ghez, A.M. et al. «The First Measurement of Spectral Lines in a Short-Period Star Bound to the Galaxy’s Central Black Hole: A Paradox of Youth.» The Astrophysical Journal, 586, L127-L131, (2003)
7. ↑ UCLA Galactic Center Group
8. ↑ [0810.4674] Monitoring stellar orbits around the Massive Black Hole in the Galactic Center
9. ↑ Beyond Any Reasonable Doubt: A Supermassive Black Hole Lives in Centre of Our Galaxy
10. ↑ Doeleman, Sheperd; et al. (4 September 2008). «Event-horizon-scale structure in the supermassive black hole candidate at the Galactic Centre». Nature 455 (7209): 78–80. DOI:10.1038/nature07245. PMID 18769434. Bibcode: 2008Natur.455...78D.
11. ↑ Oort, J. H.; Rougoor, G. W. The position of the galactic centre // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. — 1960. — Vol. 121. — С. 171.
12. ↑ Downes, D.; Maxwell, A. Radio Observations of the Galactic Center Region // Astrophysical Journal. — 1966. — Vol. 146. — С. 653.
13. ↑ Balick, Bruce; Sanders, Robert H. Radio Fine Structure in the Galactic Center // Astrophysical Journal. — 1974. — Vol. 192. — С. 325–336.
14. ↑ Stebbins, Joel; Whitford, A. E. Infrared radiation from the region of the galactic center // Astrophysical Journal. — 1947. — Vol. 52. — С. 131.
15. ↑ Moroz, V. I. An Attempt to Observe the Infrared Radiation of the Galactic Nucleus // Astronomicheskii Zhurnal. — 1961. — Vol. 38. — С. 487.
16. ↑ Becklin, E. E.; Neugebauer, G. Infrared Observations of the Galactic Center // Astrophysical Journal. — 1968. — Vol. 151. — С. 145.
17. ↑ Wollman, E. R.; Geballe, T. R.; Lacy, J. H.; Townes, C. H.; Rank, D. M. Spectral and spatial resolution of the 12.8 micron NE II emission from the galactic center // Astrophysical Journal. — 1976. — Т. 205. — С. L5—L9.
18. ↑ Becklin, E. E.; Neugebauer, G. High-resolution maps of the galactic center at 2.2 and 10 microns // Astrophysical Journal. — 1975. — Т. 200. — С. L71—L74.
19. ↑ Becklin, E. E.; Matthews, K.; Neugebauer, G.; Willner, S. P. Infrared observations of the galactic center. I - Nature of the compact sources // Astrophysical Journal, Part 1. — 1978. — Т. 219. — С. 121—128.
20. ↑ Lacy, J. H.; Townes, C. H.; Geballe, T. R.; Hollenbach, D. J. Observations of the motion and distribution of the ionized gas in the central parsec of the Galaxy. II // Astrophysical Journal, Part 1. — 1980. — Т. 241. — С. 132—146.
21. ↑ Serabyn, E.; Lacy, J. H. Forbidden NE II observations of the galactic center - Evidence for a massive block hole // Astrophysical Journal, Part 1. — 1985. — Т. 293. — С. 445—458.
22. ↑ Martins, F.; Gillessen, S.; Eisenhauer, F.; Genzel, R.; Ott, T.; Trippe, S. On the Nature of the Fast-Moving Star S2 in the Galactic Center // The Astrophysical Journal. — 2008. — Vol. 672. — С. L119-L122.
23. ↑ Schödel, R.; Merritt, D.; Eckart, A. The nuclear star cluster of the Milky Way: proper motions and mass // Astronomy and Astrophysics. — 2009. — Vol. 502. — С. 91–111.
24. ↑ Second black hole found at the centre of our Galaxy. [e-mail]. Архивировано из первоисточника 5 февраля 2012. Проверено 25 марта 2006.
25. ↑ J. P. Maillard, T. Paumard, S. R. Stolovy, F. Rigaut The nature of the Galactic Center source IRS 13 revealed by high spatial resolution in the infrared (англ.) // Astronomy & Astrophysics. — 2004. — Т. 423. — № 1. — С. 155−167.
26. ↑ Staff. Integral rolls back history of Milky Way's super-massive black hole, Hubble News Desk (January 28, 2005). Проверено 8 января 2012.
27. ↑ M. G. Revnivtsev et al. (2004). «Hard X-ray view of the past activity of Sgr A* in a natural Compton mirror». Astronomy and Astrophysics 425: L49-L52. DOI:10.1051/0004-6361:200400064. Bibcode: 2004A&A...425L..49R.
28. ↑ M. Nobukawa et al. (2011). «New Evidence for High Activity of the Supermassive Black Hole in our Galaxy». The Astrophysical Journal Letters 739: L52. DOI:10.1088/2041-8205/739/2/L52. Bibcode: 2011ApJ...739L..52N.

Литература

• Журнал Миранда, Астронет — «Бьется ли сердце Млечного Пути?»
• Fulvio Melia, The Black Hole in the Center of Our Galaxy, Princeton U Press, 2003
• Fulvio Melia, The Galactic Supermassive Black Hole, Princeton U Press, 2007
• Eckart, A., Schödel, R., Straubmeier, C., The Black Hole at the Center of the Milky Way, Imperial College Press, London, 2005
• Reinhard Genzel, Frank Eisenhauer, Stefan Gillessen The Galactic Center massive black hole and nuclear star cluster // Reviews of Modern Physics. — 2010. — Т. 82. — № 4. — С. 3121−3195. (arXiv.org)