I mitten av vår galax ligger en region där ungefär 10 miljoner stjärnor är packade i bara 1 parsec (3,25 ljusår) av rymden. I mitten av detta ligger det supermassiva svarta hålet (SMBH) känd som Skytten A *, som har en massa på över 4 miljoner solar. I decennier har astronomer försökt få en bättre titt på denna region i hopp om att förstå de otroliga krafterna på jobbet och hur de har påverkat utvecklingen av vår galax.
Vad de har hittat inkluderar en serie stjärnor som går mycket nära krigsskytten A * (som S1 och S2), som har använts för att testa Einsteins teori om allmän relativitet. Och nyligen upptäckte ett team från UCLAs Galactic Center Orbits Initiative en serie kompakta objekt som också kretsar kring SMBH. Dessa föremål ser ut som gasmoln men uppför sig som stjärnor, beroende på hur nära de är i sina banor till Skytten A *.
Studien som beskriver deras resultat, som nyligen dök upp i tidskriften Natur, leddes av Dr. Anna Ciurlo från University of California, Los Angeles (UCLA). Som de indikerar i sin studie, kretsar dessa objekt om vår galaxs SMBH med en period mellan 100 till 1000 år. Dessa objekt ser kompakta ut för det mesta men sträcker sig ut när de befinner sig på den närmaste punkten i sina banor till det svarta hålet.
Deras arbete bygger på cirka femton års observationer som har identifierat fler och fler av dessa föremål nära centrum av vår galax. Det första objektet (senare benämnt G1) upptäcktes 2005 av ett team som leddes av Andrea Ghez, Lauren B. Leichtman och Arthur E. Levine professor i astrofysik, chef för UCLA Galactic Center Group och en medförfattare till denna studie.
Detta följdes 2012 när prof. Ghez och hennes kollegor hittade ett andra objekt (G2) som gjorde ett nära tillvägagångssätt till Skytten A * 2014. Ursprungligen troddes G1 och G2 vara gasmoln tills de gjorde sin närmaste inställning till Skytten A * s och strövades inte av SMBH: s gravitationskraft (vilket är vad som händer normalt med gasmoln när man närmar sig ett svart hål). Som Ghez förklarade:
”Vid närmaste närhet hade G2 en riktigt konstig signatur. Vi hade sett det förut, men det såg inte ut för märkligt förrän det kom nära det svarta hålet och blev långsträckt, och mycket av dess gas rivs isär. Det gick från att vara ett ganska oskadligt föremål när det var långt från det svarta hålet till ett som verkligen var utsträckt och snedvridat närmast och förlorat sitt yttre skal, och nu blir det mer kompakt igen. "
År 2018 använde Dr. Cuirlo och ett internationellt team av astronomer (som inkluderade prof. Ghez) tolv års data som samlats in av W.M. Keck Observatory och adaptiv optikteknik (som prof. Ghez hjälpte till pionjär) för att identifiera ytterligare tre av dessa objekt (G3, G4 och G5) nära galaxens centrum. Sedan den tiden har totalt sex objekt identifierats i denna region (G1 - G6).
I denna senaste studie använde teamet som leddes av Dr. Cuirlo 13 år nära infraröd data som erhållits av W.M. Kecks integrerade fältspektrometer för OSIRIS för att undersöka banorna i dessa sex objekt. Astronomer är spännande att studera dessa objekt eftersom de ger astronomer en möjlighet att testa General Relativity - något som prof. Ghez och hennes kollegor gjorde sommaren 2019.
Och som Mark Morris - en UCLA-professor i fysik och astronomi och en medförfattare på studien - förklarade, är dessa objekts öde något som astronomer vill veta eftersom det förväntades bli ganska spektakulärt.
"En av de saker som har fått alla upphetsade för G-föremålen är att de saker som dras av dem av tidvattenkrafter när de sveper vid det centrala svarta hålet måste oundvikligen falla i det svarta hålet," sade han. "När det händer kan det vara möjligt att producera en imponerande fyrverkerishow eftersom materialet som äts av det svarta hålet kommer att värmas upp och avger riklig strålning innan det försvinner över evenemangshorisonten."
Under observationen av mjölkvägens centrala region har forskargruppen rapporterat att det finns sex objekt hittills. De märkte emellertid också att medan G1 och G2 har mycket likartade banor, skiljer sig de andra fyra objekten avsevärt. Detta ger naturligtvis upphov till frågan om alla sex är en liknande klass av objekt, eller G1 och G2 är outliers.
Genom att ta itu med detta tror Ghez och hennes kollegor att alla sex föremål var binära stjärnor som slogs samman på grund av SMB: s starka gravitationskraft. Denna process skulle ha tagit mer än 1 miljon år att slutföra och kan vara en indikation på att binära stjärnfusioner faktiskt är ganska vanliga. Som Ghez förklarade:
”Svarta hål får köra binära stjärnor att smälta samman. Det är möjligt att många av stjärnorna vi har sett och inte förstår kan vara slutprodukten av sammanslagningar som är lugna nu. Vi lär oss hur galaxer och svarta hål utvecklas. Hur binära stjärnor interagerar med varandra och med det svarta hålet skiljer sig mycket från hur enstaka stjärnor interagerar med andra enstaka stjärnor och med det svarta hålet. ”
En annan intressant observation, som Ghezs team rapporterade om i september 2019, är att Skytten A * har blivit ljusare under de senaste 24 åren - en indikation på att det förbrukar mer materia. På liknande sätt tycktes sträckningen av G2 som observerades 2014 dra ut gas från den som kanske nyligen har konsumerats av det svarta hålet.
Detta kan vara en indikation på att de stellar sammanslagningarna som äger rum i dess närhet matar Skytten A *. De senaste observationerna visade också att även om gasen från G2: s yttre skal sträcktes dramatiskt, drogs dammet inuti inte så mycket. Detta innebär att något höll dammet kompakt, vilket är tvingande bevis på att stjärna kan vara inne i G2.
Som Ciurlo sa var denna upptäckt möjlig tack vare årtiondenars värden av observationer från UCLA Galactic Center Group.
“Det unika datasätt som professor Ghezs grupp har samlat under mer än 20 år är det som gjorde det möjligt för oss att upptäcka denna upptäckt. Vi har nu en population av "G" -objekt, så det handlar inte om att förklara en "engångshändelse" som G2. ”
Under tiden har laget redan identifierat några andra kandidater som kan tillhöra denna nya klass av objekt och fortsätter att analysera dem. I slutändan kommer denna forskning att hjälpa astronomer att förstå vad som händer i de flesta galaxer och hur interaktioner mellan stjärnor och SMBH i deras kärnor bidrar till att driva deras utveckling.
"Jorden är i förorterna jämfört med galaxens centrum, som är cirka 26 000 ljusår bort," sade Ghez. ”Mitten av vår galax har en densitet på stjärnor som är en miljard gånger högre än vår del av galaxen. Tyngdkraftsdraget är så mycket starkare. De magnetiska fälten är mer extrema. Mitten av galaxen är där extrem astrofysik förekommer - astrofysikens X-sporter. ”
