天の川の中心に何か隠されているものはありますか？

この図では、星はいて座A *（Sgr A *）として知られている天の川の中心にある超大質量ブラックホールの周りを周回しているように見えます。 クレジット：Gemini International Observatory / NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva /（Spaceengine）、謝辞：M. Zamani（NSFのNOIRLab）[2]天の川の中心にある超大質量ブラックホールへの正確な洞察

天文学者は射手座A*を強調するためにジェミニ天文台と共同国際望遠鏡を使用します

ジェミニノース望遠鏡の助けを借りて得られた天文学者は、これまでで最も正確な測定を行って、スーパーマスの周りの星の動きを測定しました。[{” attribute=””>black hole at the center of the Milky Way. These results show that 99.9% of the mass contained at the very center of the galaxy is due to the black hole, and only 0.1% could include stars, smaller black holes, interstellar dust, and gas, or dark matter.

天文学者は、いて座A *（Sgr A *）のすぐ近くにある4つの星の位置と速度をこれまでになく正確に測定しました。^[1] 天の川銀河の中心に潜む超大質量ブラックホール。 S2、S29、S38、S55という名前のこれらの星の動きは、天の川の中心にある質量がほぼ完全に原因であることを示す経路をたどることがわかっています。 いて座A* ブラックホールは、他に何もする余地がほとんどありません。

研究チームは、この研究でさまざまな高度な天文施設を使用しました。 星の速度を測定するために、彼らはハワイのマウナケアサミット近くのジェミニノースにあるジェミニ近赤外線分光法（GNIRS）、ジェミニ国際天文台の一部、NSF NOIRLabプログラム、およびヨーロッパ南天天文台のSINFONI機器からの分光法を使用しました。[{” attribute=””>تلسكوب كبير جدا. تم استخدام أداة GRAVITY في VLTI لقياس مواضع النجوم.

رسم توضيحي للثقب الأسود القوس A * في وسط مجرة ​​درب التبانة. الائتمان: مرصد الجوزاء الدولي / NOIRLab / NSF / AURA / J. دا سيلفا / (Spaceengine) ، شكر وتقدير: M. Zamani (NSF’s NOIRLab)

قال راينهارد جينزل ، مدير معهد ماكس بلانك للفيزياء خارج كوكب الأرض والمشترك في الحصول على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2020: “نحن ممتنون جدًا لمرصد الجوزاء ، الذي أعطتنا أداة GNIRS الخاصة به المعلومات الهامة التي نحتاجها”. “يُظهر هذا البحث التعاون العالمي في أفضل حالاته.”

يحتوي مركز المجرة التابع لمجرة درب التبانة ، الذي يقع على بعد حوالي 27000 سنة ضوئية من الشمس ، على مصدر الراديو المضغوط Sgr A * الذي حدده علماء الفلك على أنه ثقب أسود فائق الكتلة يبلغ 4.3 مليون مرة كتلة الشمس. على الرغم من عقود من الملاحظات المضنية – وتم منح جائزة نوبل لاكتشاف هوية Sgr A *^[3] -この質量の大部分が超大質量ブラックホールにのみ属し、星のように小さい物質が大量に含まれていないことを明確に証明することは困難でした。 ブラックホールそして星間塵とガス、または 暗黒物質。

これらの注釈付き画像は、2021年3月から7月の間にESOの超大型望遠鏡干渉計（VLTI）のGRAVITY機器で取得され、天の川の中心にある超大質量ブラックホールであるいて座A*の近くを周回する星を示しています。 これらの星の1つであるS29は、太陽と地球の間の距離の90倍である130億kmの距離で、最も近いブラックホールに接近したときに観測されました。 S300と呼ばれる別の星は、ESOによって報告された新しいVLTI観測で最初に発見されました。
NSFのNOIRLabとESOのVLTのプログラムであるGeminiInternationalObservatoryのGeminiNorthを使用して、天文学者はこれらの星S29とS55（および星S2とS38）の位置と速度をこれまでになく正確に測定し、それらが動いていることを発見しました。天の川の中心にある質量は、ほぼ完全に射手座A *のブラックホールによるものであり、他に何もする余地がほとんどないことを示しています。 クレジット：ESO/GRAVITYコラボレーション

「2020年のノーベル物理学賞は、射手座A *が本当にブラックホールであることを確認するために授与されたので、今、前進したいと思います。ミルキーウェイの中心に何か隠されているものがあるかどうか、そして一般相対性理論かどうかを理解したいと思います。相対性理論は確かに正しい理論です。「この質問に答える最も直接的な方法は、いて座A *の近くを通過する星の軌道を厳密に追跡することです」と、この研究に携わった天文学者の1人であるステファンゲルセンは説明しました。

アインシュタインの一般相対性理論は、コンパクトで超巨大な物体の周りの星の軌道が、古典的なニュートン物理学によって予測されたものとわずかに異なることを予測しています。 特に、一般相対性理論は、星の軌道がエレガントなロゼットを描くことを予測しています-として知られている効果 プロアクティブなシュワルツシルト。 このバラを追跡している星を実際に見るために、チームはSgr A *のすぐ近くにあるS2、S29、S38、S55と呼ばれる4つの星の位置と速度を追跡しました。 これらの星がどこまで進んだかについてのチームの観測は、SgrA*内の質量分布を推測することを可能にしました。 彼らは、S2の軌道内に伸びる質量が、超大質量ブラックホールの質量の最大0.1％に寄与することを発見しました。

のアニメーションシーケンス[{” attribute=””>ESO’s Very Large Telescope Interferometer (VLTI) images of stars around the Milky Way’s central black hole. This animation shows the orbits of the stars S29 and S55 as they move close to Sagittarius A* (center), the supermassive black hole at the heart of the Milky Way. As we follow the stars along in their orbits, we see real images of the region obtained with the GRAVITY instrument on the VLTI in March, May, June and July 2021. In addition to S29 and S55, the images also show two fainter stars, S62 and S300. S300 was detected for the first time in new VLTI observations reported by ESO.

Measuring the minute variations in the orbits of distant stars around our galaxy’s supermassive black hole is incredibly challenging. To make further discoveries, astronomers will have to push the boundaries not only of science but also of engineering. Upcoming extremely large telescopes (ELTs) such as the Giant Magellan Telescope and the Thirty Meter Telescope (both part of the US-ELT Program) will allow astronomers to measure even fainter stars with even greater precision.

“We will improve our sensitivity even further in future, allowing us to track even fainter objects,” concluded Gillessen. “We hope to detect more than we see now, giving us a unique and unambiguous way to measure the rotation of the black hole.”

天の川の中心にズームインして、ヨーロッパ南天天文台の超大型望遠鏡で観測された星を確認します（2019年の最後の観測）。 さらにズームインすると、2021年半ばにESOの超大型望遠鏡干渉計でGRAVITY機器を使用して観測された、ブラックホールに近い星が明らかになります。

「ジェミニ天文台は、私たちの銀河の性質とその中心にある超大質量ブラックホールへの新しい洞察を提供し続けています」と、国立科学財団のジェミニプログラムオフィサーであるマーティンスティールは言いました。 「広範囲に使用することを目的とした今後10年間の機器のさらなる開発は、私たちの周りの宇宙を特徴づける上でNOIRLabのリーダーシップを維持するでしょう。」

この調査の詳細については、を参照してください。 天の川の超大質量ブラックホールの周りで星が競争するのを見てください。

ノート

1. いて座A*は「いて座スター」と発音されます。
2. ESOのVLTは、直径8.2メートルの4つの単一サイト望遠鏡で構成されており、干渉法と呼ばれる手法を使用してミラーと地下トンネルのネットワークを介して光を収集し、VLTIを形成できます。 GRAVITYはこのテクノロジーを使用して、高度によって夜空のオブジェクトの位置を測定します[{” attribute=””>accuracy — equivalent to picking out a quarter-dollar coin on the surface of the Moon.
3. The 2020 Nobel Prize in Physics was awarded in part to Reinhard Genzel and Andrea Ghez “for the discovery of a supermassive compact object at the center of our galaxy.”

This research is presented in the paper “The mass distribution in the Galactic Centre from interferometric astrometry of multiple stellar orbits” which is published in Astronomy & Astrophysics. A companion paper “Deep Images of the Galactic Center with GRAVITY” has also been published in Astronomy & Astrophysics.

References:

“Mass distribution in the Galactic Center based on interferometric astrometry of multiple stellar orbits” by GRAVITY Collaboration: R. Abuter, N. Aimar, A. Amorim, J. Ball, M. Bauböck, J. P. Berger, H. Bonnet, G. Bourdarot, W. Brandner, V. Cardoso, Y. Clénet, Y. Dallilar, R. Davies, P. T. de Zeeuw, J. Dexter, A. Drescher, F. Eisenhauer, N. M. Förster Schreiber, A. Foschi, P. Garcia, F. Gao, E. Gendron, R. Genzel, S. Gillessen, M. Habibi, X. Haubois, G. Heißel,??, T. Henning, S. Hippler, M. Horrobin, L. Jochum, L. Jocou, A. Kaufer, P. Kervella, S. Lacour, V. Lapeyrère, J.-B. Le Bouquin, P. Léna, D. Lutz, T. Ott, T. Paumard, K. Perraut, G. Perrin, O. Pfuhl, S. Rabien, J. Shangguan, T. Shimizu, S. Scheithauer, J. Stadler, A.W. Stephens, O. Straub, C. Straubmeier, E. Sturm, L. J. Tacconi, K. R. W. Tristram, F. Vincent, S. von Fellenberg, F. Widmann, E. Wieprecht, E. Wiezorrek, J. Woillez, S. Yazici and A. Young, 19 January 2022, Astronomy & Astrophysics.
DOI: 10.1051/0004-6361/202142465

“Deep images of the Galactic center with GRAVITY” by GRAVITY Collaboration: R. Abuter, N. Aimar, A. Amorim, P. Arras, M. Bauböck, J. P. Berger, H. Bonnet, W. Brandner, G. Bourdarot, V. Cardoso, Y. Clénet, R. Davies, P. T. de Zeeuw, J. Dexter, Y. Dallilar, A. Drescher, F. Eisenhauer, T. Enßlin, N. M. Förster Schreiber, P. Garcia, F. Gao, E. Gendron, R. Genzel, S. Gillessen, M. Habibi, X. Haubois, G. Heißel, T. Henning, S. Hippler, M. Horrobin, A. Jiménez-Rosales, L. Jochum, L. Jocou, A. Kaufer, P. Kervella, S. Lacour, V. Lapeyrère, J.-B. Le Bouquin, P. Léna, D. Lutz, F. Mang, M. Nowak, T. Ott, T. Paumard, K. Perraut, G. Perrin, O. Pfuhl, S. Rabien, J. Shangguan, T. Shimizu, S. Scheithauer, J. Stadler, O. Straub, C. Straubmeier, E. Sturm, L. J. Tacconi, K. R. W. Tristram, F. Vincent, S. von Fellenberg, I. Waisberg, F. Widmann, E. Wieprecht, E. Wiezorrek, J. Woillez, S. Yazici, A. Young and G. Zins, 19 January 2022, Astronomy & Astrophysics.
DOI: 10.1051/0004-6361/202142459

More information

The team behind this result is composed of The GRAVITY Collaboration, R. Abuter (European Southern Observatory), A. Amorim (Universidade de Lisboa and CENTRA – Centro de Astrofísica e Gravitação), M. Bauböck (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and University of Illinois), J. P. Berger (University Grenoble Alpes and European Southern Observatory), H. Bonnet (European Southern Observatory), G. Bourdarot (University Grenoble Alpes and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), V. Cardoso (CENTRA – Centro de Astrofísica e Gravitação and CERN), Y. Clénet (LESIA, Observatoire de Paris), Y. Dallilar (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), R. Davies (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), P. T. de Zeeuw (Leiden University and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), J. Dexter (University of Colorado, Boulder), A. Drescher (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), A. Eckart (University of Cologne and Max Planck Institute for Radio Astronomy), F. Eisenhauer (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), N. M. Förster Schreiber (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), P. Garcia (Universidade do Porto and CENTRA – Centro de Astrofísica e Gravitação), F. Gao (Universität Hamburg and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Gendron (LESIA, Observatoire de Paris), R. Genzel (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and University of California, Berkeley), S. Gillessen (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), M. Habibi (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), X. Haubois (European Southern Observatory), G. Heißel (LESIA, Observatoire de Paris), T. Henning (Max Planck Institute for Astronomy), S. Hippler (Max Planck Institute for Astronomy), M. Horrobin (University of Cologne), L. Jochum (European Southern Observatory), L. Jocou (University Grenoble Alpes), A. Kaufer (European Southern Observatory), P. Kervella (LESIA, Observatoire de Paris), S. Lacour (LESIA, Observatoire de Paris), V. Lapeyrère (LESIA, Observatoire de Paris), J.-B. Le Bouquin (University Grenoble Alpes), P. Léna (LESIA, Observatoire de Paris), D. Lutz (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Ott (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Paumard (LESIA, Observatoire de Paris), K. Perraut (University Grenoble Alpes), G. Perrin (LESIA, Observatoire de Paris), O. Pfuhl (European Southern Observatory and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), S. Rabien (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), G. Rodríguez-Coira (LESIA, Observatoire de Paris), J. Shangguan (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Shimizu (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), S. Scheithauer (Max Planck Institute for Astronomy), J. Stadler (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), O. Straub (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), C. Straubmeier (University of Cologne), E. Sturm (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), L. J. Tacconi (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), K. R. W. Tristram (European Southern Observatory), F. Vincent (LESIA, Observatoire de Paris), S. von Fellenberg (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), F. Widmann (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Wieprecht (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Wiezorrek (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), J. Woillez (European Southern Observatory), S. Yazici (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and the University of Cologne), and A. Young (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics).