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C’è qualcos’altro nascosto al centro della Via Lattea?

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Gli astronomi hanno misurato più precisamente che mai la posizione e la velocità di quattro stelle nelle immediate vicinanze di Sagittarius A* (Sgr A*), il buco nero supermassiccio che si nasconde al centro della Via Lattea. Si è scoperto che i moti di queste stelle — denominate S2, S29, S38 e S55 — seguono percorsi che mostrano che la massa al centro della Via Lattea è quasi interamente dovuta al buco nero Sgr A*, lasciando pochissimo spazio per qualunque altra cosa.

Il team di ricerca ha utilizzato una varietà di strutture astronomiche all’avanguardia in questa ricerca. Per misurare le velocità delle stelle, hanno utilizzato la spettroscopia del Gemini Near Infrared Spectrograph (GNIRS) a Gemini North vicino alla vetta del Maunakea alle Hawai’i, parte dell’Osservatorio internazionale Gemini, un programma del NOIRLab di NSF, e lo strumento SINFONI sul Very Large Telescope dell’European Southern Observatory. Lo strumento GRAVITY al VLTI è stato utilizzato per misurare le posizioni delle stelle.

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Buco nero Sagittario A

Illustrazione del buco nero Sagittarius A* al centro della Via Lattea. Credito: Osservatorio internazionale Gemini/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/(Spaceengine), Ringraziamenti: M. Zamani (NOIRLab di NSF)

Siamo molto grati all’Osservatorio Gemini, il cui strumento GNIRS ci ha fornito le informazioni critiche di cui avevamo bisogno“, ha affermato Reinhard Genzel, direttore del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics e co-destinatario del Premio Nobel 2020 per la fisica. “Questa ricerca mostra la migliore collaborazione a livello mondiale“.

Il Centro Galattico della Via Lattea, situato a circa 27.000 anni luce dal Sole, contiene la radiosorgente compatta Sgr A* che gli astronomi hanno identificato come un buco nero supermassiccio 4,3 milioni di volte più massiccio del Sole. Nonostante decenni di minuziose osservazioni – e il premio Nobel assegnato per la scoperta dell’identità di Sgr A* – è stato difficile dimostrare in modo definitivo che la maggior parte di questa massa appartiene solo al buco nero supermassiccio e non include anche una vasta quantità di materia sotto forma di stelle, buchi neri più piccoli, polvere e gas interstellari o materia oscura.

Immagini VLTI dell'ESO di stelle al centro della Via Lattea

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Queste immagini annotate, ottenute con lo strumento GRAVITY sul Very Large Telescope Interferometer (VLTI) dell’ESO tra marzo e luglio 2021, mostrano stelle in orbita molto vicino al Sagittario A*, il buco nero supermassiccio nel cuore della Via Lattea. Una di queste stelle, denominata S29, è stata osservata mentre si avvicinava al buco nero a 13 miliardi di chilometri, appena 90 volte la distanza tra il Sole e la Terra. Un’altra stella, denominata S300, è stata rilevata per la prima volta nelle nuove osservazioni VLTI riportate dall’ESO. Utilizzando Gemini North dell’Osservatorio internazionale Gemini, un programma del NOIRLab dell’NSF e del VLT dell’ESO, gli astronomi hanno misurato in modo più preciso che mai la posizione e la velocità di queste stelle S29 e S55 (così come le stelle S2 e S38) e le hanno trovate muoversi in modo da mostrare che la massa al centro della Via Lattea è quasi interamente dovuta al buco nero Sagittario A*, lasciando pochissimo spazio per qualsiasi altra cosa. Credito: collaborazione ESO/GRAVITY

 

Con il premio Nobel per la fisica 2020 assegnato per la conferma che Sgr A* è davvero un buco nero, ora vogliamo andare oltre. Vorremmo capire se c’è qualcos’altro nascosto al centro della Via Lattea e se la relatività generale è davvero la teoria della gravità corretta in questo laboratorio estremo“, ha spiegato Stefan Gillessen, uno degli astronomi coinvolti in questo lavoro. “Il modo più semplice per rispondere a questa domanda è seguire da vicino le orbite delle stelle che passano vicino a Sgr A*“.

La teoria della relatività generale di Einstein prevede che le orbite delle stelle attorno a un oggetto compatto supermassiccio siano leggermente diverse da quelle previste dalla fisica newtoniana classica. In particolare, la relatività generale prevede che le orbite delle stelle disegneranno un’elegante forma a rosetta, un effetto noto come precessione di Schwarzschild. Per vedere effettivamente le stelle che tracciano questa rosetta, il team ha tracciato la posizione e la velocità di quattro stelle nelle immediate vicinanze di Sgr A*, chiamate S2, S29, S38 e S55. Le osservazioni del team hanno permesso loro di dedurre la distribuzione della massa all’interno di Sgr A*. Hanno scoperto che qualsiasi massa estesa all’interno dell’orbita della stella S2 contribuisce al massimo per l’equivalente dello 0,1% della massa del buco nero supermassiccio.

Misurare le minuscole variazioni nelle orbite di stelle lontane, posizionate attorno al buco nero supermassiccio della nostra galassia è incredibilmente impegnativo. Per fare ulteriori scoperte, gli astronomi dovranno spingere i confini non solo della scienza ma anche dell’ingegneria. I prossimi telescopi estremamente grandi (ELT) come il Giant Magellan Telescope e il Thirty Meter Telescope (entrambi parte del programma US-ELT) consentiranno agli astronomi di misurare stelle anche più deboli con una precisione ancora maggiore.

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Miglioreremo ulteriormente la nostra sensibilità in futuro, consentendoci di tracciare oggetti anche più deboli“, ha concluso Gillessen. “Speriamo di rilevare più di quanto vediamo ora, fornendoci un modo unico e inequivocabile per misurare la rotazione del buco nero“.

Gli osservatori Gemini continuano a fornire nuove informazioni sulla natura della nostra galassia e sull’enorme buco nero al suo centro“, ha affermato Martin Still, Gemini Program Officer presso la National Science Foundation. “L’ulteriore sviluppo di strumenti nel prossimo decennio destinati a un ampio utilizzo manterrà la leadership di NOIRLab nella caratterizzazione dell’Universo che ci circonda“.

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Questa ricerca è presentata nel documento “The mass distribution in the Galactic Center from interferometric astrometry of multiple stellar orbits” pubblicato su Astronomy & Astrophysics. Un documento di accompagnamento “Immagini profonde del centro galattico con GRAVITY” è stato pubblicato anche su Astronomy & Astrophysics .

Riferimenti:

“Distribuzione di massa nel centro galattico basata sull’astrometria interferometrica di orbite stellari multiple” di GRAVITY Collaborazione: R. Abuter, N. Aimar, A. Amorim, J. Ball, M. Bauböck, JP Berger, H. Bonnet, G. Bourdarot , W. Brandner, V. Cardoso, Y. Clénet, Y. Dallilar, R. Davies, PT de Zeeuw, J. Dexter, A. Drescher, F. Eisenhauer, NM 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 , AW Stephens, O. Straub, C. Straubmeier, E. Sturm, LJ Tacconi, KRW Tristram, F. Vincent, S. von Fellenberg, F. Widmann
DOI: 10.1051/0004-6361/202142465

“Immagini profonde del centro galattico con GRAVITY” di GRAVITY Collaborazione: R. Abuter, N. Aimar, A. Amorim, P. Arras, M. Bauböck, JP Berger, H. Bonnet, W. Brandner, G. Bourdarot, V Cardoso, Y. Clénet, R. Davies, PT de Zeeuw, J. Dexter, Y. Dallilar, A. Drescher, F. Eisenhauer, T. Enßlin, NM 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, LJ Tacconi, KRW Tristram, F. Vincent, S. von Fellenberg, I. Waisberg, F. Widmann, E. Wieprecht
DOI: 10.1051/0004-6361/202142459

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