2008.12.10. - Csillagpályák a Tejútrendszer centrumában

Egy német csillagászcsoport által végzett, 16 évet átívelő kutatás a Tejútrendszer centrumának minden eddiginél részletesebb képét tárta elénk, megerősítve a központi nagytömegű fekete lyuk létét is.

A Stefan Gillessen (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching) vezette kutatócsoport még 1992-ben kezdte el a Tejútrendszer központjának észlelését az ESO 3,5 méteres NTT (New Technology Telescope) távcsövével Chilében, a La Silla csúcson. 2002-től, mikor már a VLT távcsőegyüttes teleszkópjai is megfelelő műszerezettséggel dolgoztak, a Paranal csúcsról folytatták a megfigyeléseket. A mintegy 50 éjszaka alatt összegyűjtött észlelési anyag eredményeként 28 csillag mozgását tudták olyan részletességgel nyomon követni, hogy lehetővé vált a pályáviszonyaik meghatározása is. A 16 éves megfigyelési periódus közülük egynek, az S2 jelzésűnek egy teljes keringését is lefedte, ami nagyban hozzájárult a mérések kiemelkedő pontosságához. A pályák elemzése megerősítette azt, hogy a Galaxis középpontjában valóban egy nagyon nagy, mintegy 4 millió naptömegű objektum, a Sagittarius A* (ejtsd Sagittarius A csillag) jelzésű fekete lyuk foglal helyet.

A Tejútrendszer középpontja a VLT távcsőegyüttes NACO műszerével készült infravörös felvételen.
[ESO/S. Gillessen és tsai]

A Tejútrendszer középpontját sűrű intersztelláris gáz- és porfelhők takarják el előlünk, melyek az optikai tartományban átlátszatlanok. Átengedik viszont a röntgen-, a rádió- és az infravörös sugárzás több-kevesebb részét, így a Galaxis centruma ezen hullámhossztartományokban tanulmányozható. A rádiósugárzás tipikusan a gáz eloszlását mutatja, a röntgensugárzás a nagyenergiájú folyamatokról szolgáltat információt, míg a csillagok az infravörös sugárzásuk alapján tanulmányozhatók. Az NTT SHARP kamerája és a VLT NACO műszere ebben a tartományban működnek. Az észlelések sikeréhez természetesen szükség volt a távcsövek adaptív optikai rendszereire is, melyekkel a légköri turbulencia zavaró hatásai csökkenthetők jelentős mértékben, ezáltal a "normál" képnél jóval élesebb és részletgazdagabb felvételek nyerhetők az észlelt objektumokról, illetve égi területekről. Ennek eredményeként a kutatók a vizsgált csillagok pozícióit 0,3 milliívmásodperc pontossággal tudták mérni, ami már elegendő volt a pályák tanulmányozásához is. A feladat nehézségét talán jól érzékelteti, hogy egy 100 Ft-os érme körülbelül ekkora szög alatt látszana 10 ezer km távolságból. A csoport a több mint 8 kiloparszekes távolságból a csillagok pozícióit nagyjából a Föld-pálya átmérőjének megfelelő pontossággal volt képes meghatározni.

Az eredményeket bemutató animációból kivágott kép a vizsgált csillagok pályaviszonyait mutatja a Tejútrendszer központjában helyet foglaló, körülbelül 4 millió naptömegű fekete lyuk körül.
[ESO/R.Genzel és S. Gillessen]

Az adatok részletes analízise alapján Gillessen szerint a 28 csillag egy részének pályája véletlenszerű (kaotikus) abban az értelemben, hogy egymástól eltérő síkokban és irányokban mozognak. A középponttól kissé távolabb, mintegy 1 fényhónapnyira elhelyezkedő hat pályája azonban "rendezett", ezek pályasíkjai közel esnek egymáshoz, mintha egy korongban keringenének a fekete lyuk körül. Ez közvetve megerősíti a középpontban korábbi munkák alapján valószínűsíthető anyagkorong létét is. A pályák alapján a tanulmányozott térrész tömegének 95 százaléka a fekete lyukban összpontosul, aminek távolságát is sikerült pontosítani: a galaktikus centrum új, a korábbiaknál pontosabb távolságértéke 27 ezer fényév.

Természetesen továbbra is maradtak szép számmal megválaszolatlan kérdések. Például az, hogy a tanulmányozott csillagok hogyan kerültek mostani pályáikra. Ahhoz ugyanis nagyon fiatalok, hogy a Galaxis más részeiből vándoroltak volna a centrumba, de még ennél a lehetőségnél is kevésbé valószínű, hogy a központi fekete lyuk közvetlen közelében, az óriási árapály-erőket keltő gravitációs térben jöttek volna létre. A kutatók azonban már tervezik azokat az jövőbeni észleléseket - például a 4 darab 8,2 méteres teleszkóp együttes, interferometrikus üzemmódban történő használatát -, melyek biztosíthatják a kérdés alaposabb vizsgálatához és esetleges eldöntéséhez szükséges még nagyobb felbontást.

A kutatást és az eredményeket bemutató animációk innen tölthetők le. A szakcikk az Astrophysical Journal c. folyóiratban fog megjelenni.

Forrás:

• ESO 46/08 - Science Release
• arXiv:0810.4674v1 [astro-ph]