¿Por qué se supone que las estrellas en la región de Sagitario A * orbitan un agujero negro supermasivo y no solo el baricentro de la galaxia?

Ya he discutido en detalle sobre cómo llegamos a saber que hay un agujero negro supermasivo (SMBH) en el centro de la Vía Láctea en la respuesta de Abhijeet Borkar a ¿Es posible que no haya una masa significativa dentro del supermasivo? agujero negro en el centro de la Vía Láctea? ¿Hay alguna ecuación relacionada con la órbita en un sistema sin masa que domine centralmente? Esta respuesta es más o menos un ejercicio “lógico” para mostrar por qué las estrellas no solo están dando vueltas por el baricentro vacío de la Galaxia.

Hay tres pasos para esta respuesta:

1. ¿Hay algo en el centro dinámico?

Para saber si las estrellas en el centro de la Galaxia están orbitando un baricentro vacío o si están orbitando algo más, un objeto compacto masivo, simplemente tenemos que mirar si hay algo allí o no. En 1971, Lynden-Bell & Rees, aplicando el modelo de cuásar a nuestra galaxia, sugirió que también debería tener un SMBH central. Sugirieron que se detectaría en longitudes de onda de radio. Y en 1974 Balick & Brown encontró una fuente de radio muy fuerte en el lugar donde se predijo. Y se ha observado con mucha frecuencia desde entonces y Brown et. Alabama. lo llamó Sagitario A * (Sgr A * para abreviar).

Que nos dice eso? Nos dice que no es un fenómeno transitorio, temporal. Es una fuente constante que está visible todo el tiempo (solo tiene que tener el tipo correcto de telescopio mirando el lugar correcto).

Las observaciones posteriores también nos dijeron que no es una fuente descentrada, sino que se encuentra exactamente en el centro dinámico de las estrellas en el parsec central (~ 3.2 años luz) y las nubes de gas y serpentinas que giran alrededor del centro.

Si las estrellas giraran alrededor del baricentro, no encontraríamos una fuente tan constante que esté en el centro dinámico, pero veríamos solo el vacío. Como vemos una fuente que es constante, permanentemente visible (las únicas veces que no es visible es cuando el Centro Galáctico está exactamente detrás del Sol mientras miramos desde la Tierra). Además, las estrellas que circulan por un baricentro no viajarían a velocidades extremadamente altas, como lo hacen las estrellas del grupo S.

Entonces, en este punto, sabemos que hay algo en el centro exacto que es una fuente muy fuerte de radiación, y no nada. Eso nos lleva a la siguiente pregunta.

2. ¿Es eso algo estacionario en el centro?

¿Es algo que vemos allí, ha estado allí durante mucho tiempo o es simplemente “conducir”? Bueno, afortunadamente para nosotros, la gente también ha estudiado eso. Se han realizado cálculos del movimiento adecuado de la fuente con respecto a las fuentes galácticas, así como a las fuentes extragalácticas. Esto es lo que encontraron:

Esta imagen muestra el movimiento de Sgr A * calculado con la fuente J1745-283 como referencia. Las unidades son miliarcsegundos. El gráfico anterior muestra el movimiento antes de eliminar la contribución debido a nuestro propio movimiento (es decir, el sistema solar) en la galaxia. Una vez que restas toda esa contribución, lo que obtienes es que la fuente Sgr A * se mueve a lo largo del plano de la galaxia a una velocidad de 18 + – 7 km / sy perpendicular al plano galáctico a 0.4 + – 0.9 km / s. Eso es prácticamente estacionario dado que las estrellas cercanas (especialmente la estrella S2) se mueven a velocidades extraordinarias (S2 se mueve a una velocidad relativista a ~ 1.67% de la velocidad de la luz) [para referencia, ver Reid y Brunthaler, 2004]] .

Por lo tanto, hemos establecido que vemos algo en el centro y que es prácticamente estacionario (es decir, no solo está pasando). Entonces llegamos a la última pregunta.

3. ¿Qué tan grande es ese algo?

A partir de los cálculos del movimiento que mencioné en el último punto, podemos estimar el límite inferior del tamaño de la fuente. Resulta que se trata de [matemáticas] \ sim 0.4 \ veces 10 ^ 6 M _ {\ odot} [/ matemáticas] dentro de una pequeña distancia de AU. Esta es una estimación independiente. La otra estimación proviene del famoso cálculo del movimiento de las estrellas del cúmulo S, como he mencionado en mi respuesta a ¿Es posible que no haya una masa significativa dentro del agujero negro supermasivo en el centro de The Milky? ¿Camino? A partir de ese método, obtenemos que la masa total será [matemática] 4 \ por 10 ^ 6 M _ {\ odot} [/ matemática] dentro de 100 UA. Como podemos ver, tenemos dos observaciones independientes de la masa y el tamaño de la fuente, que están de acuerdo entre sí. (Y sí, ha habido varias observaciones y cálculos más que han mejorado los números).

Todo esto apunta a la conclusión de que la fuente Sgr A * es un agujero negro supermasivo. Pero te daré aún más. No solo podemos ver la luz de la acumulación de Sgr A *, también podemos calcular el espectro y las “curvas de luz”, es decir, la serie temporal de cuánto varía la luz con el tiempo. Y los valores que obtenemos también son bastante similares a lo que vemos en otras galaxias que albergan un núcleo galáctico activo de baja luminosidad (LLAGN) en sus centros que son alimentados por SMBH.

De todo lo anterior, podemos concluir con seguridad que las estrellas en el centro de la Vía Láctea no giran alrededor de un baricentro vacío sino alrededor de un agujero negro supermasivo.

El baricentro es un punto ficticio en el espacio que se supone que tiene un cuerpo de masa. Ese punto representa la ubicación desde la cual se puede considerar que toda su masa actúa desde … si está fuera del perímetro de ese cuerpo.

Si está dentro del perímetro, entonces el baricentro todavía existe, pero su masa efectiva disminuye a medida que se acerca. Si se enfrenta al centro de la masa y viaja hacia ella, entonces, al pasar el perímetro, se vuelve más masa detrás de usted y menos masa delante de usted …

Muy cerca del baricentro, la fuerza gravitacional efectiva es prácticamente cero.

Suponemos que las estrellas en la región de Sagitario A * orbitan un cuerpo real en lugar de un baricentro porque se mueven a alta velocidad en órbitas que no pueden ser sostenidas por un sistema baricéntrico.

Saludos, Tony Barry

Las órbitas más cercanas al centro son más apretadas que las más alejadas. Si fuera simplemente el centro de masa de la galaxia, cada capa interna de materia cancelaría la atracción gravitacional y el patrón de las órbitas sería diferente. Por lo tanto, hay una enorme masa concentrada en o alrededor de Saggitarius A *. Otra evidencia es el radio resuelto del atacante y la masa del atractor indicaría que el atractor es un agujero negro.

Otras galaxias también tienen atractores masivos y compactos en sus centros. En algunos casos, estos son agujeros negros activos. El nuestro está en modo pasivo justo ahora.

Además, los modelos de formación de galaxias indican que un agujero negro supermasivo es una especie de semilla para el proceso de hacer una galaxia.

Es esencialmente su velocidad lo que apunta a esta conclusión. Especialmente esta estrella llamada “S2”, que tiene la órbita balística más rápida conocida, con una velocidad fantástica de “11,000,000 mph o 1.67 ~% de la velocidad de la luz y una aceleración de aproximadamente 1.5 m / s2 o casi un sexto de la superficie de la Tierra gravedad.” (Wikipedia) Tales velocidades apuntan claramente a la influencia de un objeto con una enorme masa. La estimación reciente de esa masa se encuentra en 4,3 millones de masas solares. Tal objeto puede, en este punto en el tiempo, SOLO indicar la existencia de un llamado agujero negro.

Si hubiera sido solo un baricentro, esas estrellas experimentarían principalmente la gravedad desde más lejos en la galaxia. Su órbita rápida dice que hay mucha masa entre ellos y el centro.