Credito d'immagine: ESO
Una squadra di astronomi ha individuato una stella altrimenti normale fare un passaggio ravvicinato con il buco nero supermassiccio che si nasconde al centro della nostra Galassia della Via Lattea. Al suo approccio più vicino, la stella era a sole 17 ore di luce dal buco nero (tre volte la distanza del Sole da Plutone). Le immagini della regione sono state raccolte in 10 anni usando il sistema di ottica adattiva dell'Osservatorio Paranal dell'Osservatorio europeo meridionale.
Un team internazionale di astronomi [2], guidato da ricercatori dell'Istituto Max-Planck per la fisica extraterrestre (MPE), ha osservato direttamente una stella altrimenti normale in orbita attorno al buco nero supermassiccio al centro della Galassia della Via Lattea.
Dieci anni di meticolose misurazioni sono stati coronati da una serie di immagini uniche ottenute dallo strumento Adaptive Optics (AO) NAOS-CONICA (NACO) [3] sul telescopio YEPUN VLT da 8,2 m presso l'Osservatorio Paranal di ESO. Si scopre che all'inizio di quest'anno la stella si è avvicinata al buco nero centrale entro 17 ore luce - solo tre volte la distanza tra il Sole e il pianeta Plutone - viaggiando a non meno di 5000 km / sec.
Le precedenti misurazioni delle velocità delle stelle vicino al centro della Via Lattea e l'emissione di raggi X variabili da quest'area hanno fornito la prova più forte finora dell'esistenza di un buco nero centrale nella nostra galassia domestica e, implicitamente, che la massa oscura le concentrazioni osservate in molti nuclei di altre galassie probabilmente sono anche buchi neri supermassicci. Tuttavia, non è stato ancora possibile escludere diverse configurazioni alternative.
In un articolo di approfondimento pubblicato sulla rivista di ricerca Nature il 17 ottobre 2002, il team attuale riporta i loro risultati entusiasmanti, tra cui immagini ad alta risoluzione che consentono di tracciare i due terzi dell'orbita di una stella designata "S2". Attualmente è la stella osservabile più vicina alla sorgente radio compatta e all'enorme candidato del buco nero "SgrA *" ("Sagittario A") al centro della Via Lattea. Il periodo orbitale è di poco più di 15 anni.
Le nuove misurazioni escludono con grande sicurezza che la massa oscura centrale è costituita da un gruppo di stelle insolite o particelle elementari e lascia pochi dubbi sulla presenza di un buco nero supermassiccio al centro della galassia in cui viviamo.
Quasar e buchi neri
Sin dalla scoperta dei quasar (fonti radio quasi stellari) nel 1963, gli astrofisici hanno cercato una spiegazione della produzione di energia in questi oggetti più luminosi nell'Universo. I quasar risiedono nei centri delle galassie e si ritiene che l'enorme energia emessa da questi oggetti sia dovuta alla materia che cade su un buco nero supermassiccio, rilasciando energia gravitazionale attraverso radiazioni intense prima che quel materiale scompaia per sempre nel buco (nella terminologia della fisica: "Passa oltre l'orizzonte degli eventi" [4]).
Per spiegare la prodigiosa produzione di energia di quasar e altre galassie attive, è necessario congetturare la presenza di buchi neri con masse da un milione a diversi miliardi di volte la massa del Sole. Negli ultimi anni si sono accumulate molte prove a sostegno del precedente modello di "accumulo di buco nero" per quasar e altre galassie, compreso il rilevamento di concentrazioni di massa oscura nelle loro regioni centrali.
Tuttavia, una dimostrazione inequivocabile richiede l'esclusione di tutte le altre possibili configurazioni non buco nero della concentrazione di massa centrale. Per questo, è indispensabile determinare la forma del campo gravitazionale molto vicino all'oggetto centrale - e questo non è possibile per i quasar distanti a causa delle limitazioni tecnologiche dei telescopi attualmente disponibili.
Il centro della Via Lattea
Il centro della nostra galassia della Via Lattea si trova nella Sagittario meridionale (The Archer) ed è "solo" a 26.000 anni luce di distanza [5]. Nelle immagini ad alta risoluzione, è possibile discernere migliaia di singole stelle all'interno della regione centrale, larga un anno luce (questo corrisponde a circa un quarto della distanza da "Proxima Centauri", la stella più vicina al sistema solare) .
Usando i movimenti di queste stelle per sondare il campo gravitazionale, osservazioni con il New Technology Telescope (NTT) da 3,5 m presso l'Osservatorio ESO La Silla (Cile) (e successivamente al telescopio Keck da 10 m, Hawaii, USA) sopra il l'ultimo decennio ha dimostrato che una massa di circa 3 milioni di volte quella del Sole è concentrata in un raggio di soli 10 giorni di luce [5] dalla radio compatta e dalla sorgente di raggi X SgrA * ("Sagittario A") al centro dell'ammasso stellare.
Ciò significa che SgrA * è la controparte più probabile del putativo buco nero e, allo stesso tempo, rende il Centro galattico la migliore prova dell'esistenza di tali buchi neri supermassicci. Tuttavia, le precedenti indagini non potevano escludere diverse altre configurazioni non buco nero.
"Avevamo quindi bisogno di immagini ancora più nitide per risolvere il problema della possibilità di una configurazione diversa da un buco nero e abbiamo contato sul telescopio VLT dell'ESO per fornirle", spiega Reinhard Genzel, direttore del Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics ( MPE) a Garching vicino a Monaco (Germania) e membro della squadra attuale. “Il nuovo strumento NAOS-CONICA (NACO), costruito in stretta collaborazione tra il nostro istituto, il Max-Planck Institute for Astronomy (MPIA: Heidelberg, Germania), ESO e gli osservatori Paris-Meudon e Grenoble (Francia), era solo ciò di cui avevamo bisogno per fare questo decisivo passo avanti ”.
Le osservazioni NACO del centro della Via Lattea
Il nuovo strumento NACO [3] è stato installato alla fine del 2001 sul telescopio YEPUN VLT 8.2-m. Già durante i test iniziali, ha prodotto molte immagini impressionanti, alcune delle quali sono state oggetto di precedenti comunicati stampa ESO [6].
"Le prime osservazioni di quest'anno con NACO ci hanno dato subito le immagini più nitide e" più profonde "del Centro della Via Lattea mai scattate, mostrando un gran numero di stelle in quella zona in grande dettaglio", afferma Andreas Eckart dell'Università di Colonia, un altro membro del team internazionale guidato da Rainer Sch? del, Thomas Ott e Reinhard Genzel di MPE. "Ma dovevamo ancora essere sopraffatti dal meraviglioso risultato di quei dati!"
Combinando le loro immagini a infrarossi con i dati radio ad alta risoluzione, il team è stato in grado di determinare, durante un periodo di dieci anni, posizioni molto precise di circa mille stelle nell'area centrale rispetto alla sorgente radio compatta SgrA *, vedi foto PR 23c / 02.
“Quando abbiamo incluso gli ultimi dati NACO nella nostra analisi nel maggio 2002, non potevamo credere ai nostri occhi. La stella S2, che è attualmente la più vicina a SgrA *, aveva appena effettuato un rapido passaggio vicino alla sorgente radio. All'improvviso ci siamo resi conto che stavamo effettivamente assistendo al movimento di una stella in orbita attorno al buco nero centrale, portandolo incredibilmente vicino a quel misterioso oggetto ”, dice un molto felice Thomas Ott, che ora sta lavorando nel team MPE per la sua tesi di dottorato .
In orbita attorno al buco nero centrale
Nessun evento come questo è mai stato registrato. Questi dati unici mostrano in modo inequivocabile che S2 si sta muovendo lungo un'orbita ellittica con SgrA * in un punto, ovvero S2 orbita SgrA * come la Terra orbita attorno al Sole, cfr. il pannello destro di PR Photo 23c / 02.
I dati superbi consentono anche una determinazione precisa dei parametri orbitali (forma, dimensione, ecc.). Si scopre che S2 ha raggiunto la sua distanza più vicina a SgrA * nella primavera del 2002, in quel momento era solo a 17 ore luce [5] di distanza dalla sorgente radio, o solo 3 volte la distanza Sole-Plutone. Si muoveva quindi a più di 5000 km / s, o quasi duecento volte la velocità della Terra nella sua orbita attorno al Sole. Il periodo orbitale è di 15,2 anni. L'orbita è piuttosto allungata - l'eccentricità è di 0,87 - indicando che S2 è a circa 10 giorni luce dalla massa centrale nel punto orbitale più distante [7].
“Ora siamo in grado di dimostrare con certezza che SgrA * è davvero il luogo della massa oscura centrale che sapevamo esistesse. Ancora più importante, i nostri nuovi dati si sono "ridotti" di un fattore di diverse migliaia di volumi entro i quali sono contenuti quei diversi milioni di masse solari ", afferma Rainer Sch? Del, dottorando presso MPE e anche il primo autore del documento risultante.
In effetti, i calcoli del modello ora indicano che la migliore stima della massa del buco nero al centro della Via Lattea è 2.6? 0,2 milioni di volte la massa del sole.
Nessuna altra possibilità
Secondo l'analisi dettagliata presentata nell'articolo Nature, altre configurazioni precedentemente possibili, come ammassi molto compatti di stelle di neutroni, buchi neri di dimensioni stellari o stelle di bassa massa, o persino una palla di neutrini putativi pesanti, ora possono essere definitivamente esclusi.
L'unica configurazione ancora non praticabile del buco nero è un'ipotetica stella di particelle elementari pesanti chiamate bosoni, che apparirebbe molto simile a un buco nero. "Tuttavia", afferma Reinhard Genzel, "anche se una tale stella bosonica è in linea di principio possibile, collasserebbe rapidamente in un buco nero supermassiccio, quindi penso che abbiamo praticamente risolto il caso!"
Prossime osservazioni
“La maggior parte degli astrofisici accetterebbe che i nuovi dati forniscano prove convincenti dell'esistenza di un buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea. Ciò rende ancora più probabile l'interpretazione supermassiccio del buco nero per l'enorme concentrazione di massa oscura rilevata al centro di molte altre galassie ”, afferma Alvio Renzini, scienziato del programma VLT dell'ESO.
Quindi cosa resta da fare? La prossima grande ricerca ora è capire quando e come si sono formati questi buchi neri supermassicci e perché quasi ogni galassia enorme sembra contenerne uno. La formazione di buchi neri centrali e quella delle loro stesse galassie ospiti sembrano sempre più solo un problema e lo stesso. In effetti, una delle sfide eccezionali che la VLT dovrà risolvere nei prossimi anni.
Vi sono inoltre pochi dubbi sul fatto che l'arrivo di osservazioni interferometriche con strumenti presso l'interferometro VLT (VLTI) e il telescopio binoculare di grandi dimensioni (LBT) comporterà un altro balzo in avanti in questo entusiasmante campo di ricerca.
Andreas Eckart è ottimista: "Forse nei prossimi anni sarà persino possibile effettuare osservazioni radiografiche e radiografiche per dimostrare direttamente l'esistenza dell'orizzonte degli eventi".
Fonte originale: Comunicato stampa ESO
