Sledujte pohyb hviezd okolo čiernej diery v centre Galaxie na najdetailnejších záberoch, aké boli kedy získané


eso2119cs — Tlačová správa (vedecká)

Sledujte pohyb hviezd okolo čiernej diery v centre Galaxie na najdetailnejších záberoch, aké boli kedy získané

14. december 2021

Pomocou interferometru VLTI Európskeho južného observatória astronómovia získali najdetailnejšie a najostrejšie zábery z okolia superhmotnej čiernej diery v strede našej Galaxie, ktoré sú dnes k dispozícií. Nové zábery približujú stred Mliečnej dráhy 20-krát viac, ako bolo možné pred VLTI a umožnili odhaliť v blízkosti čiernej diery doteraz nepozorovateľnú hviezdu. Vďaka precíznym meraniam dráh jednotlivých hviezd v strede Galaxie získali vedci údaje, ktoré použili na najpresnejší výpočet hmotnosti čiernej diery.

„Chceme sa dozvedieť viac o čiernej diere, ktorá sa nachádza v strede Mliečnej dráhy, o objekte s označením Sagittarius A*. Koľko presne váži? Rotuje? Správajú sa ostatné objekty v jej blízkosti podľa Einsteinovej všeobecnej teórii relativity? Najlepší spôsob, ako odpovedať na tieto otázky, je, ak sledujeme hviezdy, ako obiehajú okolo čiernej diery. My v tejto práci ukazujeme, že sme schopní robiť tieto merania ešte presnejšie, ako bolo doteraz možné,“ vysvetľuje Reinhard Genzel (riaditeľ Max Planck Institutefor Extraterrestrial Physics, MPE, Garching, Nemecko), ktorý v roku 2020 získal za výskum objektu Sagittarius A* Nobelovu cenu. Posledným výsledkom tímu pod vedením Reinharda Genzla, ktorý stále rozširuje tridsať rokov trvajúci výskum hviezd obiehajúcich okolo superhmotnej čiernej diery v strede Galaxie, boli oznámené v dvojici článkov, ktoré boli publikované vo vedeckom časopise Astronomy & Astrophysics.

Pri pátraní po ďalších hviezdach, ktoré sa nachádzajú v blízkosti čiernej diery, členovia známeho tímu „GRAVITY collaboration“ vyvinuli nové metódy analýz, ktoré im umožnili získať najostrejšie a najpresnejšie zábery stredu Galaxie, aké máme zatiaľ k dispozícii. „VLTI nám poskytne neuveriteľné priestorové rozlíšenie a na týchto nových záberoch vidíme tiež aj slabšie hviezdy ako kedykoľvek predtým. Žasneme nad detailami, pohybom a množstvom hviezd, ktoré snímky okolo čiernej diery odhaľujú,“ popisuje vedecká pracovníčka Julia Stadler(Max Planck Institutefor Astrophysics, MPE), vedúca tímu, ktorý sa usiloval o dokonalé zobrazenie. Vedcom sa podarilo identifikovať aj hviezdu, ktorá dostala označenie S300 a doteraz nebola pozorovaná, čo je vlastne dôkazom účinnosti použitej metódy, ak ide o zachytenie veľmi slabých objektov v blízkosti Sagittarius A*.

Behom posledného pozorovania, ktoré členovia tímu vykonali od marca do júla 2021, sa zamerali na presné meranie polôh hviezd pri ich približovaní k čiernej diere. Medzi nimi bola aj rekordérka S29, ktorá prešla najbližším bodom dráhy na konci mája 2021. Priblížila sa k čiernej diere na vzdialenosť 13 miliárd kilometrov (čo je asi len 90-krát viac ako vzdialenosť Slnko – Zem) a pohybovala sa pritom rýchlosťou 8 740 km/s. Doteraz žiadna iná hviezda nebola pozorovaná pri takomto tesnom priblížení a v takejto vysokej rýchlosti.

Merania a zábery, ktoré členovia tímu získali, boli možné vyhotoviť vďaka zariadeniu GRAVITY, unikátnemu prístroju zkonštruovanému pre interferometer VLTI (Very Large Telesvope, Interferometer), ktorý pracuje na observatóriu Paranal v Čile. GRAVITY dokáže skombinovať svetlo získané zo všetkých štyroch ďalekohľadov ESO/VLT s primárnym zrkadlom s priemerom 8,2 m. Táto technika pozorovania je veľmi zložitá na prevedenie. „Vo výsledku ale získate snímky 20-krát ostrejšie, ako keby boli snímky získané cez jednotlivé ďalekohľady VLT, ktoré vám umožnia odhaliť tajomstvá stredu Galaxie.“ hovorí Frank Eisenhauer (MPE), vedúci vývoja prístroja GRAVITY.

„Sledovanie hviezd na blízkych obežných dráhach okolo Sagittarius A* nám umožní detailne preskúmať gravitačné pole okolo najbližšej superhmotnej čiernej diery. Testovať predpovedanú všeobecnú teóriu relativity a určovať vlastnosti čiernej diery,.“ vysvetľuje Rainhard Genzel. Tieto nové pozorovania v kombinácií so starými dátami potvrdili, že hviezd sledujú dráhy presne tak, ako popisuje teória pre objekty pohybujúce sa okolo čiernych dier o hmotnosti 4,30 milión Sĺnk. Ide o doteraz najpresnejší odhad hmotnosti centrálnej čiernej diery Mliečnej dráhy. Vedci zároveň spresnili aj odhad vzdialenosti objekt u Sagittarius A* na 27 000 svetelných rokov.

Na získanie nových záberov astronómovia použili metódu známu ako „teória informačného pola“ (Information Field Theory). Vytvorili model, ktorý popisuje, ako môžu skutočné zdroje vyzerať; simulovali, ako by tieto zdroje mal vidieť prístroj GRAVIT a porovnali tieto výsledky s pozorovaniami. Toto vedcom umožnilo nájsť a sledovať pohyb hviezd okolo Sagittarius A* s doteraz nedosiahnutým dosahom a presnosťou. Okrem pozorovaní získaných pomocou GRAVITY členovia tímu využili aj dáta z NACO a SINFONI, čiže dvojice najstarších prístrojov pre VLT, taktiež merania vykonané na Keck Observatory (Havaj, USA) a NOIRLab Gemini Observatory (USA).

Prístroj GRAVITY bude v druhej polovici tohto desaťročia vylepšený na verziu GRAVITY+. Bude taktiež inštalovaný pre prácu s interferometrom VLTI a ďalej posunie citlivosť zariadenia tak, aby bolo schopné zaznamenať ešte slabšie hviezdy v blízkosti čiernej diery. Cieľom tímu je nájsť hviezdy, ktorých dráhy by mohli byť ovplyvnené dokonca aj gravitačnými efektami, ktoré sú vyvolané rotáciou čiernej diery. Budovaný veľký ďalekohľad ESO/ELT (Extremly Large Telescope) vedcom umožní zmerať rýchlosti týchto hviezd s ešte väčšou presnosťou. „Spoločnými silami GRAVITY+ a ďalekohľadu ELT budeme schopní zistiť, ako rýchlo čierna diera rotuje. A toto zatiaľ nikto nedokázal.“ dodáva Frank Eisenhauer.

——————–
More information

This research was presented in two GRAVITY Collaboration papers to appear in Astronomy & Astrophysics.

The team who authored the paper “The mass distribution in the Galactic Centre from interferometric astrometry of multiple stellar orbits” (doi:10.1051/0004-6361/202142465) is composed of: R. Abuter (European Southern Observatory, Garching, Germany [ESO]), A. Amorim (Universidade de Lisboa – Faculdade de Ciências, Portugal and Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Portugal [CENTRA]), M. Bauböck (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Germany [MPE] and Department of Physics, University of Illinois, USA), J. P. Berger (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble, France [IPAG] and ESO), H. Bonnet (ESO), G. Bourdarot (IPAG and MPE), W. Brandner (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany [MPIA]), V. Cardoso (CENTRA and CERN, Genève, Switzerland), Y. Clénet (Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université de Paris, Meudon, France [LESIA]), Y. Dallilar (MPE), R. Davies (MPE), P. T. de Zeeuw (Sterrewacht Leiden, Leiden University [Leiden], The Netherlands and MPE), J. Dexter (Department of Astrophysical & Planetary Sciences, JILA, Duane Physics Bldg.,University of Colorado [Colorado], Boulder, USA), A. Drescher (MPE), A. Eckart (1st Institute of Physics, University of Cologne, Germany [Cologne] and Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Germany), F. Eisenhauer (MPE), N. M. Förster Schreiber (MPE), P. Garcia (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Portugal and CENTRA), F. Gao (Hamburger Sternwarte, Universität Hamburg, Germany and MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE and Departments of Physics and Astronomy, Le Conte Hall, University of California, Berkeley, USA), S. Gillessen (MPE), M. Habibi (MPE), X. Haubois (European Southern Observatory, Santiago, Chile [ESO Chile]), G. Heißel (LESIA), T. Henning (MPIA), S. Hippler (MPIA), M. Horrobin (Cologne), L. Jochum (ESO Chile), L. Jocou (IPAG), A. Kaufer (ESO Chile), P. Kervella (LESIA), S. Lacour (LESIA), V. Lapeyrère (LLESIA), J.-B. Le Bouquin (IPAG), P. Léna (LESIA), D. Lutz (MPE), T. Ott (MPE), T. Paumard (LESIA), K. Perraut (IPAG), G. Perrin (LESIA), O. Pfuhl (ESO and MPE), S. Rabien (MPE), G. Rodríguez-Coira (LESIA), J. Shangguan (MPE), T. Shimizu (MPE), S. Scheithauer (MPIA), J. Stadler (MPE), O. Straub (MPE), C. Straubmeier (Cologne), E. Sturm (MPE), L. J. Tacconi (MPE), K. R. W. Tristram (ESO Chile), F. Vincent (LESIA), S. von Fellenberg (MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO), S. Yazici MPE and Cologne), and A. Young (MPE).

The team who authored the paper “Deep images of the Galactic Center with GRAVITY” (doi:10.1051/0004-6361/202142459) is composed of: R. Abuter (ESO), P. Arras (Max Planck Institute for Astrophysics [MPA], Garching, Germany and Department of Physics, Technical University Munich [TUM], Garching, Germany), M. Bauböck (MPE and Department of Physics, University of Illinois, USA), H. Bonnet (ESO), W. Brandner (MPIA), G. Bourdarot (IPAG and MPE), V. Cardoso (CENTRA and CERN), Y. Clénet (LESIA), P. T. de Zeeuw (Leiden and MPE), J. Dexter (Colorado and MPE), Y. Dallilar (MPE), A. Drescher (MPE), A. Eckart (Cologne and Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Germany), F. Eisenhauer (MPE), T. Enßlin (MPA), N. M. Förster Schreiber (MPE), P. Garcia (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Portugal and CENTRA), F. Gao (Hamburger Sternwarte, Universität Hamburg, Germany and MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE and Departments of Physics and Astronomy, Le Conte Hall, University of California, Berkeley, USA), S. Gillessen (MPE), M. Habibi (MPE), X. Haubois (ESO Chile), G. Heißel (LESIA), T. Henning (MPIA), S. Hippler (MPIA), M. Horrobin (Cologne), A. Jiménez-Rosales (MPE), L. Jochum (ESO Chile), L. Jocou (IPAG), A. Kaufer (ESO Chile), P. Kervella (LESIA), S. Lacour (LESIA), V. Lapeyrère (LESIA), J.-B. Le Bouquin (IPAG), P. Léna (LESIA), D. Lutz (MPE), T. Ott (MPE) , T. Paumard (LESIA) , K. Perraut (IPAG) , G. Perrin (LESIA) , O. Pfuhl (ESO and MPE), S. Rabien (MPE), J. Shangguan (MPE), T. Shimizu (MPE), S. Scheithauer (MPIA), J. Stadler (MPE , O. Straub (MPE), C. Straubmeier (Cologne), E. Sturm (MPE), L.J. Tacconi (MPE), K. R. W. Tristram (ESO Chile), F. Vincent (LESIA), S. von Fellenberg (MPE), I. Waisberg (Department of Particle Physics & Astrophysics, Weizmann Institute of Science, Israel and MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO), S. Yazici (MPE and Cologne), A. Young (MPE) and G. Zins (ESO).

The European Southern Observatory (ESO) enables scientists worldwide to discover the secrets of the Universe for the benefit of all. We design, build and operate world-class observatories on the ground — which astronomers use to tackle exciting questions and spread the fascination of astronomy — and promote international collaboration in astronomy. Established as an intergovernmental organisation in 1962, today ESO is supported by 16 Member States (Austria, Belgium, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Ireland, Italy, the Netherlands, Poland, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom), along with the host state of Chile and with Australia as a Strategic Partner. ESO’s headquarters and its visitor centre and planetarium, the ESO Supernova, are located close to Munich in Germany, while the Chilean Atacama Desert, a marvellous place with unique conditions to observe the sky, hosts our telescopes. ESO operates three observing sites: La Silla, Paranal and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope and its Very Large Telescope Interferometer, as well as two survey telescopes, VISTA working in the infrared and the visible-light VLT Survey Telescope. Also at Paranal ESO will host and operate the Cherenkov Telescope Array South, the world’s largest and most sensitive gamma-ray observatory. Together with international partners, ESO operates APEX and ALMA on Chajnantor, two facilities that observe the skies in the millimetre and submillimetre range. At Cerro Armazones, near Paranal, we are building “the world’s biggest eye on the sky” — ESO’s Extremely Large Telescope. From our offices in Santiago, Chile we support our operations in the country and engage with Chilean partners and society.

Contacts

Reinhard Genzel
Director, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30000 3281
Email: genzel@mpe.mpg.de

Julia Stadler
Max Planck Institute for Astrophysics
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30000 2205
Email: jstadler@mpe.mpg.de

Frank Eisenhauer
Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30000 3563
Email: eisenhau@mpe.mpg.de

Stefan Gillessen
Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30000 3839
Cell: +49 176 99 66 41 39
Email: ste@mpe.mpg.de

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6670
Cell: +49 151 241 664 00
Email: press@eso.org

——————

Pôvodný článok: https://www.eso.org/public/news/eso2119/

ESO*lar