In het centrum van ons sterrenstelsel ligt een regio waar ongeveer 10 miljoen sterren zijn verpakt in slechts 1 parsec (3,25 lichtjaar) ruimte. In het midden hiervan ligt het superzware zwarte gat (SMBH) dat bekend staat als Boogschutter A *, dat een massa heeft van meer dan 4 miljoen zonnen. Al tientallen jaren proberen astronomen deze regio beter te bekijken in de hoop de ongelooflijke krachten die aan het werk zijn te begrijpen en hoe ze de evolutie van ons sterrenstelsel hebben beïnvloed.
Wat ze hebben gevonden, omvat een reeks sterren die heel dicht bij Boogschutter A * cirkelen (zoals S1 en S2), die zijn gebruikt om de theorie van algemene relativiteitstheorie van Einstein te testen. En onlangs ontdekte een team van UCLA's Galactic Center Orbits Initiative een reeks compacte objecten die ook om de SMBH draaien. Deze objecten zien eruit als gaswolken, maar gedragen zich als sterren, afhankelijk van hoe dicht ze in hun baan tot Boogschutter A * zijn.
De studie die hun bevindingen beschrijft, die onlangs in het tijdschrift verschenen Natuur, werd geleid door Dr. Anna Ciurlo van de Universiteit van Californië, Los Angeles (UCLA). Zoals ze in hun studie aangeven, draaien deze objecten in een baan rond de SMBH van ons sterrenstelsel met een periode van 100 tot 1000 jaar. Deze objecten zien er meestal compact uit, maar strekken zich uit wanneer ze zich op het dichtstbijzijnde punt in hun banen bij het zwarte gat bevinden.
Hun werk bouwt voort op ongeveer vijftien jaar observaties die meer en meer van deze objecten nabij het centrum van ons sterrenstelsel hebben geïdentificeerd. Het eerste object (later G1 genoemd) werd in 2005 ontdekt door een team onder leiding van Andrea Ghez, Lauren B. Leichtman en Arthur E. Levine, hoogleraar astrofysica, de directeur van de UCLA Galactic Center Group en een co-auteur van deze studie.
Dit werd gevolgd in 2012 toen Prof. Ghez en haar collega's een tweede object (G2) vonden dat Boogschutter A * in 2014 naderde. Aanvankelijk werd aangenomen dat G1 en G2 gaswolken waren totdat ze hun dichtstbijzijnde benadering naderden. Boogschutter A * s en werden niet versnipperd door de zwaartekracht van de SMBH (dit is wat normaal gebeurt met gaswolken bij het naderen van een zwart gat). Zoals Ghez uitlegde:
“Op het moment dat de G2 het dichtst in de buurt kwam, had hij een heel vreemde signatuur. We hadden het eerder gezien, maar het zag er niet al te vreemd uit totdat het dicht bij het zwarte gat kwam en langwerpig werd, en veel van zijn gas werd uit elkaar gescheurd. Het veranderde van een behoorlijk onschadelijk object toen het ver van het zwarte gat was, naar een object dat echt uitgestrekt en vervormd was bij zijn nadering en zijn buitenste schil verloor, en nu wordt het weer compacter. "
In 2018 gebruikten Dr. Cuirlo en een internationaal team van astronomen (waaronder prof. Ghez) twaalf jaar aan gegevens verzameld door de W.M. Keck Observatory en adaptieve optische technologie (die prof. Ghez hielp pionieren) om nog drie van deze objecten (G3, G4 en G5) te identificeren nabij het centrum van de melkweg. In totaal zijn er sinds die tijd in deze regio zes objecten geïdentificeerd (G1 - G6).
In deze meest recente studie gebruikte het team onder leiding van Dr. Cuirlo 13 jaar bijna-infraroodgegevens verkregen door de W.M. Keck's OSIRIS integrale veldspectrometer om de banen van deze zes objecten te onderzoeken. Astronomen zijn spannend om deze objecten te bestuderen omdat ze astronomen de mogelijkheid bieden om de algemene relativiteitstest te testen - iets wat prof. Ghez en haar collega's in de zomer van 2019 hebben gedaan.
En zoals Mark Morris - een UCLA-hoogleraar natuurkunde en astronomie en co-auteur van de studie - uitlegde, is het lot van deze objecten iets dat astronomen willen weten omdat het naar verwachting behoorlijk spectaculair zou zijn.
"Een van de dingen die iedereen enthousiast heeft gemaakt over de G-objecten, is dat het spul dat door getijdenkrachten van ze af wordt getrokken terwijl ze langs het centrale zwarte gat vegen, onvermijdelijk in het zwarte gat moet vallen," zei hij. "Als dat gebeurt, kan het misschien een indrukwekkende vuurwerkshow produceren, omdat het materiaal dat door het zwarte gat wordt opgegeten, zal opwarmen en overvloedige straling zal uitzenden voordat het over de horizon van het evenement verdwijnt."
Tijdens het observeren van de centrale regio van de Melkweg heeft de onderzoeksgroep het bestaan van zes objecten tot nu toe gemeld. Ze merkten echter ook op dat hoewel G1 en G2 zeer vergelijkbare banen hebben, de andere vier objecten aanzienlijk verschillen. Dit roept natuurlijk de vraag op of alle zes een vergelijkbare klasse objecten zijn, of dat G1 en G2 uitschieters zijn.
Om dit aan te pakken, geloven Ghez en haar collega's dat alle zes objecten dubbelsterren waren die samensmolten vanwege de sterke zwaartekracht van de SMBH. Dit proces zou meer dan 1 miljoen jaar in beslag hebben genomen en zou een indicatie kunnen zijn dat dubbelsterfusies eigenlijk heel gewoon zijn. Zoals Ghez uitlegde:
'Zwarte gaten kunnen ervoor zorgen dat dubbelsterren samensmelten. Het is mogelijk dat veel van de sterren die we hebben bekeken en niet begrepen, het eindproduct is van fusies die nu rustig zijn. We leren hoe sterrenstelsels en zwarte gaten evolueren. De manier waarop dubbelsterren met elkaar en met het zwarte gat omgaan, is heel anders dan hoe enkele sterren omgaan met andere enkele sterren en met het zwarte gat. ”
Een andere interessante observatie, waarover het team van Ghez in september 2019 rapporteerde, is het feit dat Boogschutter A * de afgelopen 24 jaar helderder is geworden - een indicatie dat het meer materie verbruikt. Evenzo bleek het uitrekken van G2 dat in 2014 werd waargenomen gas weg te trekken dat mogelijk onlangs is verbruikt door het zwarte gat.
Dit kan erop duiden dat de stellaire fusies die in de buurt plaatsvinden, Boogschutter A * voeden. De meest recente waarnemingen lieten ook zien dat terwijl het gas uit de buitenste schil van de G2 dramatisch werd uitgerekt, het stof dat erin zat niet veel werd uitgerekt. Dit betekent dat iets het stof compact hield, wat een overtuigend bewijs is dat de ster zich in G2 zou kunnen bevinden.
Zoals Ciurlo zei, werd deze ontdekking mogelijk gemaakt dankzij tientallen jaren aan waarnemingen door de UCLA Galactic Center Group.
“De unieke dataset die de groep van professor Ghez gedurende meer dan 20 jaar heeft verzameld, heeft ons in staat gesteld deze ontdekking te doen. We hebben nu een populatie van 'G'-objecten, dus het is geen kwestie van uitleg over een' eenmalige gebeurtenis 'zoals G2. "
Ondertussen heeft het team al een aantal andere kandidaten geïdentificeerd die tot deze nieuwe klasse van objecten zouden kunnen behoren en deze blijven analyseren. Uiteindelijk zal dit onderzoek astronomen helpen te begrijpen wat er in de meeste sterrenstelsels gebeurt en hoe interacties tussen sterren en SMBH's in hun kernen hun evolutie helpen stimuleren.
'De aarde bevindt zich in de buitenwijken vergeleken met het centrum van de melkweg, dat zo'n 26.000 lichtjaar van ons verwijderd is', zei Ghez. 'Het centrum van ons sterrenstelsel heeft een dichtheid van sterren die 1 miljard keer hoger is dan ons deel van het sterrenstelsel. De zwaartekracht is zoveel sterker. De magnetische velden zijn extremer. Het centrum van de melkweg is waar extreme astrofysica plaatsvindt - de X-sport van astrofysica. ”
