Galactic Center in the Infrared (2MASS)

Het Centrum van de Melkweg ligt in de richting van het sterrenbeeld Sagittarius. Het gebied valt niet bijzonder op voor het menselijk oog. Echter, als we het interstellaire stof dat ons zicht in die richting beneemt zouden kunnen verwijderen, zouden we de elliptische vorm van de bulge van de Melkweg heel het sterrenbeeld Sagittarius zien beslaan. Zijn pracht zou een van de meest opvallende verschijnselen aan de hemel zijn. Het centrum van de Melkweg is zondermeer het meest uitzonderlijke en spectaculairste gebied in de Melkweg, waarin een groot aantal unieke objecten kunnen worden geidentificeerd. Men vindt er een zeer compacte en bevolkingsrijke stercluster, alsmede gas in moleculaire wolken en in HII gebieden. Uit de bewegingen van het gas en uit die van de sterren vindt men dat er zich een zeer hoge concentratie van massa in het centrum van de Melkweg bevindt, hoogstwaarschijnlijk een Zwart Gat.

Radio map of the overall Galactic Center region, of a region of 4^ox4^o on the sky. It was constructed from 1 meter wavelength VLA radio data. Indicated are the various features found in and around the Galactic Center. The Galactic plane runs diagonally through the image.

Omdat de Melkweg relatief transparant is voor straling op lange golflengten, kunnen we met radio- en infraroodtelescopen in het hart van de Melkweg kijken. Op infrarood golflengten krijgen we vooral een goede kijk op de sterren die zich in dit gebied bevinden (zie ook de spectaculaire impressie van het gehele centrale gebied in het bovenstaande 2MASS survey mosaiek). Wellicht de meest spectaculaire impressies van het centrum komen naar buiten in het radiogebied. Als radiobron is het uniek in de Melkweg. In de regio vinden we verscheidene bronnen van zeer heldere radio continuum emissie. In de kern van dit alles bevindt zich een extreem heldere bron van radio continuum emissie, Sagittarius A^*. We vermoeden dat zich daar een Zwart Gat van een miljoen M_O.

Een radiokaart van het gebied is afgebeeld in bovenstaande figuur. Het beslaat een gebied van ongeveer 600 pc diameter. De belangrijkste radiobronnen zijn Sgr A en Sgr B, waarbij Sgr. A het werkelijke centrum herbergt. Eerst het gebied buiten Sgr. A bekijkend, vallen een aantal fascinerende structuren op:

The Galactic Center Radio Arc:
The Radio Arc is connected to the Galactic center, the black hole probably residing at the location of the
bright radio source Sagittarius A^*, by strange curving filaments known as the Arches.

Langs het Galactische vlak ziet men wervelende gaswolken die worden bewerkt door de straling afkomstig van hete sterren en door ronde supernova resten (SNRs), allen een uiting van een heftige en energetische kosmische omgeving. Heel intrigerend zijn de bogen, draden en filamenten die je in dit gebied zijn. Hoewel hun oorsprong niet geheel duidelijk is, duiden zij op sterke en coherente magneetvelden die zich door dit turbulente gebied slingeren. En duidelijk voorbeeld van dit is de Galactic Center Radio Arc, de boog van lange parallelle lijnen, die als het ware uit het Galactisch vlak steken en die door middel van gebogen filamenten vervonden is met Sgr A (zie hieronder). Men denkt dat de geometrie van Radio Arc en de daaraan vervonden Arches geinterpreteerd moet worden in termen van een heet plasma dat langs de magnetische veldlijnen stroomt. Recente opnamen van de Chandra X-ray satelliet laten zien dat het plasma botst met een nabije wolk van koud gas.

       

(links) Sgr A Oost, 20 cm VLA opname             (midden) Sgr A West, 6 cm VLA opname                 (rechts) circumnucleaire moleculaire ring

Nog verder inzoomend, zien we dat het werkelijke centrum zich bevindt in en rond het gebied van Sagittarius A. Sgr A bestaat uit een complex van bronnen: Oost, West en A^*. Sgr A Oost (zie 20 cm golflengte VLA opname, linker figuur onder) blijkt een ovale, schilachtige structuur, waarschijnlijk een supernovarest, waarvan de materie helpt om de accretischijf rond het centrale zwarte gat te voeren (die dus waarschijnlijk in Sgr A^* is gesitueerd, aangegegeven met rode puntje). Dichter bij Sgr A^* vindt men een verzameling filamentachtige structuren die men aanduidt met de naam Sgr A West. De radio-emissie van Sgr A West (in detail vertoond in rechter figuur onder, VLA opname op 6 cm golflengte) vertoont karakteristieken van een geioniseerd waterstof (HII) gebied, gas dat is geioniseerd door de talrijke jonge en zeer hete (O en B) sterren in dit gebied. Op de opname, die een gebied beslaat van ongeveer 3 pc afmeting, komt duidelijk naar voren hoe de radioemissie geconcentreerd is in een richelachtige bron met een opvallende spiraalachtige structuur.

Recente waarnemingen van atomair waterstof, suggereren dat sommige van deze filamentachtige structure onderdeel zijn van een massieve wolk die invalt naar het Galactische centrum. Op millimeter en centrimeter golflengten kan men de bewegingen van het gas rond Sgr A^* volgen. Op hoge resolutie opnamen ziet men een ring van moleculair gas die gecentreerd is op Sgr A^*. De spiraalstructuur van heet geioniseerd gas bevindt zich net binnen deze schijf.

In het centrum van de Melkweg bevindt zich een zeer compacte en zeer talrijke stercluster. Het bestaat uit metaalrijke reuzen, alsmede uit grote aantallen lage massa dwergen. Daarnaast vindt men er zeer jonge M en O superreuzen. De centrale, zeer rijke, stercluster is uitgebreid onderzocht door de MPE groep in Munchen, die hiervoor oa. de SHARP I speckle interferometrie K-band camera hebben gebruikt. Hierdoor krijgt men opnames met zeer grote resolutie die het mogelijk maakt de bewegingen van sterren te volgen. Deze laat zien dat er zich drie typen sterren in het centrum bevinden. Sterren met Helium-I emissie, sterren met CO-absorptie, en omsloten sterren met structuurloze spectra. Op onderstaande figuur ziet men dat de helderheid naar het centrum continu toeneemt. Opvallend zijn met name de compacte dominante bron IRS 7 en de heldere IRS 16 cluster, die wellicht het echte centrum markeert (ipv. Sgr A^*).

               

K-band (infrarood) opname van de sterpopulatie in het Galactische centrum.
links: Opname over een gebied van 5.5x5.5 arcmin (ongeveer 13x13 pc).
In het centrum ziet men de dominante IRS 7 bron en de heldere IRS 16 cluster.
SHARP I opname van de centrale stercluster, een veld van ongeveer 15 arcsec (0.6 pc).

Fascinerend is de uitkomst uit het nauwgezet volgen van de sterbewegingen in de stercluster in de centrale parsec van het Galactische Centrum sinds 1992. Men kan nu zelfs de banen van individuele sterren in de stercluster volgen (zie onderstaande figuur, rechts). Uit deze bewegingen kan men dan, mbv. de gebruikelijke zwaartekrachtswetten, de massa bepalen die zich binnen de baan van de sterren bevindt. De conclusie is fascinerend. Het centrale gebied van Sgr A^* moet ongeveer 2.6x10⁶ M_O bevatten:

De centrale ingesloten massa als functie van de straal,
zoals afgeleid uit de bewegingen van de sterren in de centrale stercluster door de MPE groep rond R. Genzel. (zie filmpje rechts)
Meer dan een miljoen zonsmassa's bevinden zich in een gebied kleiner dan 10 AU !!!!
Een Zwart Gat !

De centrale massa van 2.6x10⁶ M_O bevindt zich in een uiterst klein gebied van minder dan 10 AU. We kennen eigenlijk maar 1 soort object die dit zou kunnen verklaren: een Zwart Gat. Als we kijken naar de kernen van andere sterrenstelsels zien we dan supermassieve zwarte gaten een vaak normaal fenomeen zijn. Deze supermassieve zwarte gaten bevatten enkele miljoenen tot zelfs een miljard zonsmassa's. Interessant is dat dit ook gepaard kan gaan met uiterst explosieve activiteit, zoals bij quasars en radiosterrenstelsels.

Het is duidelijk dat het Zwarte Gat in onze Melkweg ook aanleiding geeft tot zeer spectaculaire verschijnselen. Het is ook een zeer heldere bron in Rontgenstraling. Echter, zoals een recente opname van de Chandra satelliet laat zien, niet echt bijster actief in vergelijking met die van bv. quasars. Verkeert het Zwarte Gat in de Melkweg wellicht in een redelijk rustige slaapfase ?

Mozaiek van Chandra X-ray opnamen van het centrale gedeelte van onze Melkweg, een gebied van 125x275 pc beslaande.
Het beeld laat honderden witte dwergen, neutronensterren en zwarte gaten zien badend in een gloeiende waas van een vele miljoenen graden heet gas.
Het supermassieve zwarte gat in het centrum van onze Melkweg bevindt zich in de heldere witte vlek in het centrum van de opname.
De kleuren geven X-ray energiebanden aan (rood-laag, groen-medium, blauw-hoog).

Referenties:

Voor het werk van de MPE groep is het goed de volgende webpagina's te raadplegen. Ze bevatten spectaculaire filmpjes van de sterbewegingen in allerbinnenste contreien van onze Melkweg:

Fast Stars near the Galactic Center

Galactic Center research at MPE