Astronomer opdager en klasse af mærkelige objekter nær vores galaksers enorme sorte hul

Astronomer fra UCLA's Galactic Center Orbits Initiative har opdaget en ny klasse af bizarre objekter i centrum af vores galakse, ikke langt fra det supermassive sorte hul kaldet Sagittarius A*. De offentliggjorde deres forskning i dag i tidsskriftet Natur .

"Disse objekter ligner gas og opfører sig som stjerner, " sagde medforfatter Andrea Ghez, UCLAs Lauren B. Leichtman og Arthur E. Levine professor i astrofysik og direktør for UCLA Galactic Center Group.

De nye objekter ser kompakte ud det meste af tiden og strækker sig ud, når deres baner bringer dem tættest på det sorte hul. Deres kredsløb varierer fra omkring 100 til 1, 000 år, sagde hovedforfatter Anna Ciurlo, en UCLA postdoc forsker.

Ghez' forskergruppe identificerede et usædvanligt objekt i centrum af vores galakse i 2005, som senere fik navnet G1. I 2012 astronomer i Tyskland gjorde en forvirrende opdagelse af et bizart objekt ved navn G2 i centrum af Mælkevejen, der nærmede sig det supermassive sorte hul i 2014. Ghez og hendes forskerhold mener, at G2 højst sandsynligt er to stjerner, der havde kredset om det sorte hul i tandem og smeltede sammen til en ekstremt stor stjerne, indhyllet i usædvanlig tyk gas og støv.

"På tidspunktet for den nærmeste tilgang, G2 havde en virkelig mærkelig signatur, " sagde Ghez. "Vi havde set det før, men det så ikke særlig ejendommeligt ud, før det kom tæt på det sorte hul og blev aflangt, og meget af dens gas blev revet fra hinanden. Det gik fra at være et ret ufarligt objekt, da det var langt fra det sorte hul, til et, der virkelig var strakt ud og forvrænget ved sit nærmeste nærme og mistede sin ydre skal, og nu bliver det mere kompakt igen."

"En af de ting, der har fået alle begejstrede for G-objekterne, er, at de ting, der bliver trukket af dem af tidevandskræfter, når de fejer gennem det centrale sorte hul, uundgåeligt skal falde ned i det sorte hul, " sagde medforfatter Mark Morris, UCLA professor i fysik og astronomi. "Når det sker, det kan muligvis producere et imponerende fyrværkerishow, da det materiale, der spises af det sorte hul, vil varme op og udsende rigelig stråling, før det forsvinder hen over begivenhedshorisonten."

Men er G2 og G1 outliers, eller er de en del af en større klasse af objekter? Som svar på det spørgsmål, Ghez' forskergruppe rapporterer eksistensen af ​​yderligere fire objekter, de kalder G3, G4, G5 og G6. Forskerne har bestemt hver deres baner. Mens G1 og G2 har lignende kredsløb, de fire nye objekter har meget forskellige baner.

Ghez mener, at alle seks objekter var binære stjerner - et system af to stjerner, der kredsede om hinanden - som smeltede sammen på grund af den stærke tyngdekraft fra det supermassive sorte hul. Sammensmeltningen af ​​to stjerner tager mere end 1 million år at fuldføre, sagde Ghez.

"Sammenlægninger af stjerner kan forekomme i universet oftere, end vi troede, og er sandsynligvis ret almindelige, " sagde Ghez. "Sorte huller kan få binære stjerner til at smelte sammen. Det er muligt, at mange af de stjerner, vi har set og ikke forstår, kan være slutproduktet af fusioner, der er rolige nu. Vi lærer, hvordan galakser og sorte huller udvikler sig. Den måde, binære stjerner interagerer med hinanden og med det sorte hul på er meget forskellig fra, hvordan enkeltstjerner interagerer med andre enkeltstjerner og med det sorte hul."

Ciurlo bemærkede, at mens gassen fra G2's ydre skal blev strakt dramatisk, dets støv inde i gassen blev ikke strakt meget. "Noget må have holdt den kompakt og gjort den i stand til at overleve sit møde med det sorte hul, " sagde Ciurlo. "Dette er bevis for et stjerneobjekt inde i G2."

"Det unikke datasæt, som professor Ghez' gruppe har samlet i mere end 20 år, er det, der tillod os at gøre denne opdagelse, " sagde Ciurlo. "Vi har nu en population af 'G' objekter, så det er ikke et spørgsmål om at forklare en 'engangsbegivenhed' som G2."

Forskerne lavede observationer fra W.M. Keck Observatory på Hawaii og brugte en kraftfuld teknologi, som Ghez hjalp med at pionere, kaldet adaptiv optik, som korrigerer de forvrængende virkninger af Jordens atmosfære i realtid. De gennemførte en ny analyse af 13 år af deres UCLA Galactic Center Orbits Initiative-data.

I september 2019, Ghez' team rapporterede, at det sorte hul bliver mere sultent, og det er uklart hvorfor. Udstrækningen af ​​G2 i 2014 så ud til at trække gas ud, som måske for nylig er blevet slugt af det sorte hul, sagde medforfatter Tuan Do, en UCLA-forsker og vicedirektør for Galactic Center Group. Sammensmeltningerne af stjerner kunne brødføde det sorte hul.

Holdet har allerede identificeret et par andre kandidater, der kan være en del af denne nye klasse af objekter, og fortsætter med at analysere dem.

Ghez bemærkede, at centrum af Mælkevejsgalaksen er et ekstremt miljø, i modsætning til vores mindre hektiske hjørne af universet.

"Jorden er i forstæderne sammenlignet med centrum af galaksen, hvilket er omkring 26, 000 lysår væk, " sagde Ghez. "Vores galakse centrum har en tæthed af stjerner 1 milliard gange højere end vores del af galaksen. Tyngdekraften er så meget stærkere. De magnetiske felter er mere ekstreme. Galaksens centrum er der, hvor ekstrem astrofysik finder sted - astrofysikkens X-sport."

Ghez sagde, at denne forskning vil hjælpe med at lære os, hvad der sker i de fleste galakser.

Andre medforfattere inkluderer Randall Campbell, en astronom med W.M. Keck Observatory på Hawaii; Aurelien Hees, en tidligere UCLA postdoc, nu forsker ved Paris Observatory i Frankrig; og Smadar Naoz, en UCLA assisterende professor i fysik og astronomi.

Forskningen er finansieret af National Science Foundation, W.M. Keck Foundation og Keck Visiting Scholars Program, Gordon og Betty Moore Foundation, Heising-Simons Foundation, Lauren Leichtman og Arthur Levine, Jim og Lori Keir, og Howard og Astrid Preston.

I juli 2019, Ghez' forskerhold rapporterede om den mest omfattende test af Einsteins ikoniske generelle relativitetsteori nær det sorte hul. De konkluderede, at Einsteins teori bestod testen og er korrekt, i hvert fald for nu.