Bildkredit: NRAO
Trettio år efter att astronomer upptäckte det mystiska objektet i den exakta mitten av vår Vintergatan, har ett internationellt forskargrupp äntligen lyckats direkt mäta storleken på det objektet, som omger ett svart hål nästan fyra miljoner gånger massivare än solen. Detta är det närmaste teleskopiska tillvägagångssättet till ett svart hål hittills och sätter en stor gräns för astrofysik inom räckhåll för framtida observationer. Forskarna använde National Science Foundation: s Very Long Baseline Array (VLBA) radioteleskop för att göra genombrottet.
"Detta är ett stort steg framåt," sade Geoffrey Bower, från University of California-Berkeley. "Detta är något som människor har velat göra i 30 år," sedan det galaktiska centrumobjektet, kallad Skytten A * (uttalat "A-stjärna"), upptäcktes 1974. Astronomerna rapporterade sin forskning i 1 april-utgåvan av Science Express.
"Nu har vi en storlek för objektet, men mysteriet om dess exakta natur kvarstår," tilllade Bower. Nästa steg, förklarade han, är att lära sig dess form, "så vi kan veta om det är strålar, en tunn skiva eller ett sfäriskt moln."
Vintergatans centrum, 26 000 ljusår från Jorden, är dold av damm, så att synligt ljus teleskop inte kan studera objektet. Medan radiovågor från galaxens centrala region kan tränga in i dammet sprids de av turbulent laddad plasma i rymden längs siktlinjen till jorden. Denna spridning hade frustrerade tidigare försök att mäta storleken på det centrala föremålet, precis som dimma suddar bort bländningen av avlägsna fyrar.
"Efter 30 år har radioteleskop äntligen lyft dimman och vi kan se vad som händer," säger Heino Falcke, från Westerbork Radio Observatory i Nederländerna, en annan medlem av forskargruppen.
Det ljusa, radioemitterande föremålet skulle passa snyggt inuti banan för jordens bana runt solen, sade astronomerna. Det svarta hålet i sig, beräknar de, är ungefär 14 miljoner miles över och skulle passa lätt in i Mercury-bana. Svarta hål är koncentrationer av materia så täta att inte ens ljus kan undgå sin kraftfulla gravitation.
De nya VLBA-observationerna gav astronomer sitt bästa utseende än på ett svart hålssystem. "Vi är mycket närmare att se effekterna av ett svart hål på dess miljö här än någon annanstans," sade Bower.
Milky Way: s centrala svarta hål, som dess mer massiva kusiner i mer aktiva galaktiska kärnor, tros dras in material från dess omgivningar och i processen driver ut radiovågens utsläpp. Medan de nya VLBA-observationerna inte har gett ett slutligt svar på arten av denna process, har de hjälpt till att utesluta vissa teorier, sade Bower. Baserat på det senaste arbetet, förklarade han, är de resterande teorierna för arten av det radioemitterande objektet strålar av subatomära partiklar, liknande de som ses i radiogalaxier; och vissa teorier som involverar materia påskyndas nära kanten av det svarta hålet.
När astronomerna studerade Skytten A * vid högre och högre radiofrekvenser blev objektets uppenbara storlek mindre. Detta faktum, sade Bower, hjälpte till att utesluta några idéer om objektets natur. Minskningen i observerad storlek med ökande frekvens eller kortare våglängd ger också astronomerna ett främmande mål.
"Vi tror att vi så småningom kan observera med tillräckligt korta våglängder att vi kommer att se ett avbrott när vi når storleken på det svarta hålet själv," sade Bower. Dessutom sa han, "i framtida observationer hoppas vi se en 'skugga' gjuten av en gravitationslinsningseffekt av det svarta hålets mycket starka gravitation."
År 2000 föreslog Falcke och hans kollegor en sådan observation av teoretiska skäl, och det verkar nu genomförbart. "Att avbilda skuggan av det svarta hålets händelseshorisont är nu inom räckhåll för oss, om vi arbetar tillräckligt hårt under de kommande åren," tillade Falcke.
En annan slutsats som forskarna nådde är att "det svarta hålets totala massa är mycket koncentrerad", enligt Bower. De nya observationerna från VLBA ger, sade han, den "mest exakta lokaliseringen av massan av ett supermassivt svart hål någonsin." Precisionen med dessa observationer gör det möjligt för forskarna att säga att en massa av minst 40 000 solar måste ligga i ett utrymme som motsvarar storleken på jordens bana. Den siffran representerar emellertid endast en nedre gräns för massan. Forskarna tror troligtvis att hela det svarta hålets massa - lika med fyra miljoner solar - är koncentrerat väl inuti området uppslukt av det radioemitterande föremålet.
För att göra sina mätningar var astronomerna tvungna att gå till noggranna längder för att kringgå spridningseffekten av plasmadimman mellan Skytten A * och Jorden. "Vi var tvungna att driva vår teknik riktigt hårt," sade Bower.
Bower liknade uppgiften med att "försöka se din gula gummi-anda genom det frostat glaset i duschstallen." Genom att göra många observationer, bara hålla data av högsta kvalitet och matematiskt ta bort spridningseffekten av plasma lyckades forskarna göra den första någonsin mätningen av Skytten A * 's storlek.
Förutom Bower och Falcke inkluderar forskarteamet Robin Herrnstein från Columbia University, Jun-Hui Zhao från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Miller Goss från National Radio Astronomy Observatory och Donald Backer från University of California-Berkeley. Falcke är också adjungerad professor vid universitetet i Nijmegen och gästforskare vid Max-Planck Institute for Radioastronomy i Bonn, Tyskland.
Skytten A * upptäcktes i februari 1974 av Bruce Balick, nu vid University of Washington, och Robert Brown, nu chef för National Astronomy and Ionospheric Center vid Cornell University. Det har visat sig slutgiltigt att vara mitten av Vintergatan, runt vilken resten av galaxen roterar. 1999 använde Mark Reid från Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics och hans kollegor VLBA-observationer av Skytten A * för att upptäcka jordens rörelse i bana runt galaxens centrum och bestämde att vårt solsystem tar 226 miljoner år för att göra en krets runt kretsen Galaxy.
I mars 2004 samlades 55 astronomer vid National Radio Astronomy Observatory anläggningen i Green Bank, West Virginia, för en vetenskaplig konferens för att fira upptäckten av Skytten A * i Green Bank för 30 år sedan. Vid denna konferens avslöjade forskarna en minnesplatta på ett av upptäcktsteleskopen.
The Very Long Baseline Array, en del av National Radio Astronomy Observatory, är ett kontinentbrett radioteleskopsystem med 10, 240 ton skålantenner som sträcker sig från Hawaii till Karibien. Det ger den största upplösningskraften eller förmågan att se fina detaljer i alla teleskop inom astronomi, på jorden eller i rymden.
National Radio Astronomy Observatory är en anläggning från National Science Foundation, som drivs under samarbetsavtal av Associated Universities, Inc.
Originalkälla: NRAO-nyhetsmeddelande
