Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 48 – vyšlo 29. listopadu, ročník 2 (2004) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

48/2004

Observatoř Gemini – je v centru Galaxie další černá díra?

Ivan Havlíček

V blízkosti centra naší Galaxie je možná více obřích černých děr. Mezinárodní tým astronomů vedený Jean–Pierrem Maillardem z Pařížského astrofyzikálního institutu k tomuto zjištění dospěl na základě zpracování starších dat systému adaptivní optiky Hokupa’a/QUIRC pořízených osmimetrovým dalekohledem Gemini North na Mouna Kea.

Aktivní optika – systém upravující mechanické deformace dalekohledu způsobené jeho vlastní tíhou a teplotními změnami. Ovlivňuje tvar primárního a sekundárního zrcadla a jejich vzájemnou polohu. Cílem je zajistit osově neměnný optický výstup do ohniskové roviny a přesnou fokusaci. Vždy se jedná o zpětněvazebný systém pracující s frekvencí kolem 1 Hz. Adaptivní optika – systém upravující vlastní obraz pozorovaného objektu. Cílem je minimalizovat změny optického signálu, které jsou způsobeny průchodem světla atmosférou. Opět jde o zpětněvazebný systém, který ale porovnává předem definovaný obraz jednoduchého zdroje s jeho skutečně vytvořeným obrazem v ohniskové rovině. Odchylky od očekávaného vzorového obrazu jsou následně promítány do tvarových změn optického prvku (většinou jde o zrcadlo s vysokou deformovatelností v krátkých časových intervalech – například z berylia), jehož deformovaný povrch pak vytvoří ostrý obraz s mnohem vyšším rozlišením než bez odfiltrování seeingu. Adaptivní optika pracuje na frekvencích 500÷1000 Hz, deformovatelné zrcadlové plochy málokdy přesahují v průměru 20 cm. Aktuátor – elektrostatický podpůrný prvek deformovatelného zrcadla, který zajišťuje jeho tvarové změny v závislosti na řídícím signálu. Podmínkou je, aby změny tvaru zrcadla probíhaly s vyšší frekvencí než změny v obrazu, který je adaptivní optikou opravován. Seeing – chvění atmosféry v optické dráze dalekohledu. Důvodem je nerovnoměrnost vzdušných mas nad zemským povrchem. Výsledkem je velmi rychle se měnící kvalita optického prostředí, která ovlivňuje pozorování. Seeing lze vyloučit pouze umístěním observatoře mimo atmosféru. Altair – systém adaptivní optiky na Gemini North pojmenovaný podle jasné hvězdy v souhvězdí Orla. Název je akronymem vytvořeným z celého názvu systému ALTitude conjugate Adaptive optics for the InfraRed. Jeho hlavní součástí je senzorový člen Hokupa'a/QUIRC, který sestává z deformovatelného zrcadla složeného z 36 segmentů a časově velmi přesné infračervené kamery, která pracuje v oboru 1÷2,5 μm.

Další černá díra v centru Galaxie?

Při vyhodnocení snímků z blízkosti galaktického jádra bylo sledováno okolí kupy masivních hvězd IRS 13E, které svítí v infračerveném oboru. Šlo o velmi malou oblast měřící jen 0,5″ v průměru, což v blízkosti jádra Galaxie odpovídá 0,6 světelnému roku. Tým astronomů zde nalezl sedm hvězd, jejichž vlastní pohyb je kolem 280 km/s. Pozorování dalekohledem Gemini v infračerveném oboru bylo upřesněno a doplněno daty získanými z rentgenové observatoře Chandra, Hubbleova dalekohledu, Kanadsko-francouzského dalekohledu CFHT a radiové sítě VLA. Hustota a dynamika kupy IRS 13E nabízí jako jedno z možných vysvětlení, že v centru této hvězdkupy se nachází masivní černá díra. Podle oběžných rychlostí a prostorového rozložení výše zmíněných sedmi hvězd byla hmotnost černé díry určena na 1 300 hmotností Slunce, tedy jde o málokdy pozorovaný případ černé díry střední hmotnosti. Možné je odtržení kupy IRS 13E od obří hvězdokupy v jádru Galaxie označované dnes jako Sgr A. Pozorovaný pohyb hvězd by mohl být vysvětlen také extrémním gravitačním polem, jejímž zdrojem je černá díra o hmotnosti několika milionů hmotností Slunce, která se v centru Sgr A nachází, nicméně ve prospěch existence druhé černé díry střední hmotnosti hovoří detekce RTG záření z roku 2003 v místě, kde se nachází objekt IRS 13E (Baganoff, MIT, Chandra).

  

Nalevo: výřez Mléčné dráhy v souhvězdí Střelce s vyznačením polohy Sgr A ve viditelném světle. Vložený výřez je snímek IRS 13E pořízený dalekohledem Gemini v infračerveném světle. Napravo: 40″ × 40″ velká oblast IRS 13E zobrazená v oboru Kp (0,4 μm) adaptivní optikou Gemini North, souřadnice jsou vztaženy k Sgr A. Zdroj: Gemini North.

Rotace hvězd poblíž jádra Galaxie – největšího galaktického radiového zdroje Sgr A, který v sobě ukrývá 2,6 milionů hmotností Slunce. Rotace hvězd, plynu a akrečního disku kolem centrální černé díry v jádru Galaxie probíhá velmi dramaticky. Na obrázku jsou vyznačeny směry pohybu jednotlivých objektů. Modrozeleně jsou označeny mladé obří hvězdy. Zdroj: T. Enßlin, Max PIanck Institute, 2003.

Mapa centra Galaxie v RTG oboru pořízená sondou Chandra. Objekt IRS 13 zřetelně září v RTG oboru, není ale patrné jeho rozdělení na východní a západní část (IRS 13E a IRS 13W). Zdroj: Baganoff et al. 2003, ApJ.

Observatoř Gemini

Observatoř Gemini sestává ze dvou téměř identických optických dalekohledů o průměru 8,1 m, které pracují ve viditelném a infračerveném oboru. Gemini je mezinárodní projekt vědeckých institucí z USA, Británie, Kanady, Chile, Austrálie, Argentiny a Brazílie. Gemini North je postaven na Mauna Kea ve výšce 4 100 m. Gemini North začal pracovat v létě roku 2000. Druhý z dalekohledů, Gemini South, je na Cerro Pachón v Chile ve výšce 2 737 m a první světlo jím prošlo v polovině roku 2001. Pro oba dalekohledy je nezbytné používat systémy aktivní a adaptivní optiky, bez nichž nelze s tak velkým dalekohledem pracovat.

  

Nalevo: Observatoř Gemini North na Mauna Kea. Napravo: Pohled do kopule Gemini North. Vyrovnání teplot v pracovním prostoru dalekohledu pomáhá mimo jiné i  konstrukce kopule, která je otevíratelná v horizontálním pásu. Tato konstrukční úprava doplňuje systém aktivní optiky a zkracuje tak adaptační dobu stroje na rozdíly teplot mezi dnem a nocí. Zdroj: Gemini North.

Pro Gemini North byl navržen velmi komplikovaný optickomechanický přístroj Altair, který s frekvencí 1 kHz pomocí 177 aktuátorů mění vlastnosti deformovatelné optické plochy, která je vložena do optické dráhy zkoumaného světla. Altair je umístěn v Cassegrainově ohnisku, (celé zařízení měří 1,5×1,5×2,5 m a jeho hmotnost je 900 kg) a využívá ke korigování obraz skutečné hvězdy. V budoucnu bude využit i v kombinaci s obrazem umělé laserové hvězdy. Altair je „průhledný“, to znamená, že pokrývá celý spektrální rozsah dalekohledu, nemění na výstupu geometrii vstupního optického svazku, který zůstává v poměru f/16, nemění vstupní aperturu a jelikož využívá jen rovinných zrcadel, nemění ani geometrii obrazu ve výsledné ohniskové rovině. V návrhu pro Gemini South je nový systém AO Multi-Conjugate Adaptive Optics system (MCAO), který by využíval dvou deformovatelných zrcadel a mohl by tak dosáhnout mnohem vyšší kvality výsledného obrazu.

Noční pohled od severu na Gemini North. Zřetelné jsou horizontální kryty chladících otvorů v plášti kopule. Zdroj: Gemini North.

Odkazy