Черная дыра Стрелец А*

Черная дыра Стрелец А* (Sagittarius A*, сокращенно Sgr A*) — это сверхмассивная черная дыра, расположенная в центре нашей галактики, Млечного Пути. Она является одним из самых изученных объектов такого рода благодаря своей относительной близости к Земле и ключевой роли в структуре и эволюции галактики.

 

Что такое Стрелец А*?

Стрелец А* — это компактный радиоисточник, обнаруженный в созвездии Стрельца в 1974 году астрономами Брюсом Баликом и Робертом Брауном с помощью радиотелескопов. Позже было установлено, что этот источник связан с сверхмассивной черной дырой. Символ «*» в названии указывает на то, что это точечный источник излучения, отличающийся от диффузных объектов.

Sgr A* находится примерно в 26 000 световых лет от Земли (около 8 килопарсек) и считается гравитационным центром Млечного Пути. Ее масса оценивается в 4,1 миллиона масс Солнца (±0,6 миллиона), что делает ее сверхмассивной, хотя она не самая большая среди известных черных дыр (например, в галактике М87 черная дыра имеет массу около 6,5 миллиарда масс Солнца).

 

Физические характеристики

1. Размер горизонта событий:
   Горизонт событий — это граница, за которой свет и материя не могут покинуть черную дыру из-за ее гравитации. Для Sgr A* радиус Шварцшильда (размер горизонта событий для невращающейся черной дыры) составляет около 12 миллионов километров (примерно 0,08 астрономической единицы, где 1 а.е. — расстояние от Земли до Солнца). Однако, если учитывать вращение (а черные дыры часто вращаются), горизонт событий может быть несколько меньше из-за эффекта Керра.
2. Аккреционный диск:
   Вокруг Sgr A* существует аккреционный диск — область, где газ и пыль вращаются перед тем, как упасть внутрь. Однако у Sgr A* этот диск относительно слабый и не такой яркий, как у активных черных дыр в квазарах. Это связано с тем, что черная дыра в центре Млечного Пути потребляет мало вещества — порядка 10⁻⁶ массы Солнца в год, что делает ее «спокойной» по сравнению с более активными сверхмассивными черными дырами.
3. Излучение:
   Sgr A* излучает преимущественно в радиодиапазоне, но также фиксируются вспышки в инфракрасном и рентгеновском диапазонах. Эти вспышки связаны с процессами аккреции, когда небольшие порции вещества падают в черную дыру, нагреваются до миллионов градусов и излучают энергию.

 

Как ее обнаружили?

Sgr A* не видна напрямую, так как черные дыры не излучают свет. Ее присутствие было доказано косвенно через наблюдения за движением звезд вблизи центра галактики. В 1990-х годах астрономы, такие как Андреа Гез и Райнхард Генцель (оба получили Нобелевскую премию по физике в 2020 году), начали отслеживать орбиты звезд вблизи Sgr A* с помощью телескопов, таких как Очень Большой Телескоп (VLT) в Чили и обсерватории Кека на Гавайях.

Одна из самых известных звезд — S2 (или S0-2) — совершает полный оборот вокруг Sgr A* примерно за 16 лет. Ее орбита сильно вытянута, и на минимальном расстоянии она приближается к черной дыре на 120 астрономических единиц (примерно втрое дальше, чем Плутон от Солнца), двигаясь со скоростью около 2,5% скорости света (около 7 500 км/с). Анализ орбит таких звезд позволил точно рассчитать массу и положение Sgr A*.

 

Первое изображение

В мае 2022 года коллаборация Event Horizon Telescope (EHT) опубликовала первое изображение Sgr A*. Это стало историческим событием, так как ранее EHT в 2019 году уже показал изображение черной дыры в галактике M87. Изображение Sgr A* представляет собой размытое кольцо света — тень черной дыры, окруженную светящимся аккреционным диском. Получение этого снимка было сложнее, чем для M87, из-за меньших размеров Sgr A* и плотных облаков пыли в центре Млечного Пути, которые затрудняют наблюдения.

Для создания изображения использовалась сеть радиотелескопов по всему миру, работающих как единый виртуальный телескоп размером с Землю. Угловой размер Sgr A* на небе составляет около 50 микросекунд дуги, что эквивалентно наблюдению теннисного мяча на Луне с Земли.

 

Роль в галактике

Sgr A* играет ключевую роль в формировании и эволюции Млечного Пути:

• Гравитационный якорь: Она удерживает звезды и газовые облака в центре галактики, определяя динамику центрального балджа (выпуклости).
• Регуляция звездообразования: Вспышки активности Sgr A* в прошлом могли влиять на процессы звездообразования, выбрасывая энергию и материю в окружающее пространство.
• Связь с другими галактиками: Сверхмассивные черные дыры, подобные Sgr A*, есть в центрах большинства спиральных и эллиптических галактик, и их масса коррелирует с массой галактического балджа.

 

Интересные факты

1. Спокойный характер: Sgr A* сейчас находится в состоянии низкой активности. В прошлом (миллионы лет назад) она могла быть гораздо более активной, возможно, даже квазаром, но сейчас потребляет слишком мало материала, чтобы генерировать мощные джеты.
2. Близость: Это ближайшая к нам сверхмассивная черная дыра, что делает ее уникальным объектом для исследований.
3. Вращение: Пока неясно, насколько быстро вращается Sgr A*. Если она вращается близко к пределу Керра (максимально возможная скорость вращения), это может влиять на форму горизонта событий и аккреционного диска.

 

Наблюдения и будущее

Sgr A* продолжает оставаться объектом пристального внимания астрономов. В будущем планируется:

• Улучшение изображений с помощью EHT за счет добавления новых телескопов и увеличения разрешения.
• Изучение эффектов общей теории относительности Эйнштейна, таких как гравитационное красное смещение и прецессия орбит звезд.
• Поиск возможных спутников Sgr A*, например, черных дыр меньшей массы или пульсаров, которые могли бы дать больше данных о ее свойствах.

 

Стрелец А* — это сверхмассивная черная дыра массой 4,1 миллиона Солнц, расположенная в центре Млечного Пути. Она неактивна, окружена слабым аккреционным диском и была впервые сфотографирована в 2022 году. Ее изучение помогает нам понять не только черные дыры, но и эволюцию галактик в целом.