Woher wissen wir, dass die Sterne, die Sgr A* umkreisen, ein supermassereiches Schwarzes Loch umkreisen und nicht nur das Massenzentrum der Milchstraße?

Die Schwerkraft gehorcht dem sogenannten Gauß'schen Gesetz , das besagt, dass die Gravitationsbeschleunigung proportional zur eingeschlossenen Masse ist . Obwohl die Gesamtmasse der Milchstraße sehr groß ist, ist die Masse, die die Schwerkraft bewirkt, viel kleiner, wenn Sie sich sehr nahe am Zentrum befinden. Die Schwerkraft von allem außerhalb des umschlossenen Bereichs hebt sich (ungefähr) auf. Das Gleiche gilt für andere Objekte wie die Sonne oder die Erde: Wenn Sie in eines der beiden hineintunneln würden, würde die Gravitationsbeschleunigung abnehmen.

Objekte kreisen um ihren Schwerpunkt . Das Baryzentrum ist immer näher am massereicheren Objekt. Wenn der Massenunterschied sehr groß ist, kann er sich innerhalb des massereicheren Objekts befinden (z. B. wenn sich das Erd- / Sonnen-Schwerzentrum innerhalb der Sonne befindet).

Aber das Baryzentrum kann auch außerhalb eines beliebigen Objekts in einer gravitativ gebundenen Gruppe liegen. Wenn es viele Objekte gibt und sie ungefähr die gleiche Masse haben, würde man erwarten, dass Objekte in der Gruppe auf kompliziertere und schwieriger vorhersehbare Weise miteinander interagieren, als wenn es im Kern ein einzelnes massives Objekt gäbe.

Dies ist der Fall bei Kugelsternhaufen , bei denen es sich um kugelförmige Gruppen von Sternen handelt, die in einigen Fällen ihre Gruppenschwerpunkte umkreisen können. Die Vorhersage oder sogar Untersuchung der Bahnen einzelner Sterne in diesen Haufen wird durch das n-Körper-Problem erschwert , die enormen Rechenressourcen, die erforderlich sind, um die gravitative Wechselwirkung von 3 oder mehr Objekten darzustellen. Es wurden Sterne in Kugelsternhaufen beobachtet, die ungewöhnlichen Pfaden folgen, die ihre Form mit der Zeit ändern können.

Die Bewegung von Sternen um den galaktischen Kern einer spiralförmigen Scheibe wie der Milchstraße ist regelmäßiger als die Bewegung von Sternen in Kugelsternhaufen. Dies ist ein Hinweis darauf, dass ein einzelnes massives Objekt der Attraktor im Zentrum der Milchstraße ist.

Zusätzlich zu den anderen gegebenen Antworten sollte ich hinzufügen, dass die Energie, die wir vom GC beobachten, entweder die einer sehr exotischen Masse wie eines Bosonsterns oder die eines supermassiven Schwarzen Lochs ist. Wir wissen, dass sich ein Schwarzes Loch mathematisch gesehen viel wahrscheinlicher bildet als diese Art von Objekten. Hier ist ein Diagramm, das den Fortschritt beim Festnageln über die Zeit zeigt, mit Schwarzschild-Radien für die geschätzte Masse des SMBH oben auf der x-Achse und der Dichte der zentralen Masse auf der y-Achse. Astronomen haben es im Wesentlichen darauf festgelegt, dass es sich im oberen linken Teil des Folgenden befindet:

(Schoedel et al., 2003)

Neuere Beobachtungen zeigen mit zunehmender Genauigkeit, dass es sich tatsächlich um ein SMBH handelt. Dies lässt natürlich unsere jüngsten fotografischen Beweise für ein Schwarzes Loch außer Acht.

Aktive galaktische Kerne (AGN) weisen Eigenschaften auf, die sehr auf ein Schwarzes Loch hinweisen, zB die Jets, die von dem Schwarzen Loch emittiert werden.

Die stark zentralisierte Masse wird auch durch Hypergeschwindigkeitssterne (Mitglieder von Binärsystemen, die in der Nähe des SMBH kreisen, die gestört werden und mit Hunderten von Kilometern pro Sekunde aus der Galaxie fliegen) gezeigt. Wir wissen, dass Hypergeschwindigkeitssterne aus dieser Situation stammen, weil die Anzahldichte junger, heißer Sterne in der Nähe des galaktischen Zentrums sehr hoch ist. Es entstehen Bedingungen, bei denen die Produktion neuer Sterne vom Typ O und B üblich ist, und wir wissen bereits, dass Doppelsternsysteme bereits im gesamten Universum üblich sind.

Schließlich beobachten wir Gezeitenstörungen, bei denen Sterne durch Gezeiten aufgerissen werden, die dem zentralen Schwarzen Loch zu nahe kommen, und indem wir die eingeschlossene Masse als Funktion des Radius vom GC betrachten, sehen wir, dass sie bei abflacht$r=0$, was wiederum die zentralisierte Masse anzeigt.

Ich hoffe, diese Antwort enthält genügend Details, ohne unbedingt auf mathematische Details einzugehen.