eso1825hu — Tudományos közlemények

Einstein általános relativitáselméletének első sikeres tesztje egy szupernagy tömegű fekete lyuk környezetében

A Tejútrendszer középpontjára irányuló 26 éves ESO megfigyeléssorozat megkoronázása

2018. július 26.

Az ESO Nagyon Nagy Távcsövével végzett megfigyelések elsőként mutatták ki egy csillagnak a Tejútrendszer középpontjában helyet foglaló szupernagy tömegű fekete lyuk rendkívül erős gravitációs terében való mozgásában jelentkező, az Einstein általános relativitáselmélete által előrejelzett anomáliákat. Ezek a régóta várt eredmények az ESO chilei távcsöveivel 26 éve végzett megfigyeléssorozat megkoronázását jelentik.

A hozzánk legközelebbi, ám a fényt elnyelő sűrű porfelhők által eltakart szupernagy tömegű fekete lyuk a Tejútrendszer középpontjában, a Földtől 26 ezer fényév távolságra található. Ez a gravitációs szörnyeteg négymilliószor nagyobb tömegű a Napnál, és jó néhány csillag kering körülötte nagy sebességgel. Ez a rendkívüli környezet – a legerősebb gravitációs tér a galaxisunkban – kitűnő lehetőséget biztosít a gravitáció fizikájának tanulmányozására, Einstein általános relativitáselméletének tesztelésére.


Az ESO Nagyon Nagy Távcsövén (Very Large Telescope – VLT) működő rendkívül érzékeny GRAVITY [1]SINFONI és NACO műszerek infravörös mérései segítségével a csillagászok követni tudták az S2 jelű csillag mozgását, amint 2018 májusában elhaladt a fekete lyuk közvetlen közelében. A legnagyobb közelség idején a csillag mindössze 20 milliárd kilométerre járt a fekete lyuktól, ahol több mint 25 millió km/h sebességgel –  a fénysebesség majdnem 3 százalékával – száguldott [2].

A csillagászok a GRAVITY és SINFONI pozícióméréseit az S2 korábbi, más műszerekkel történt megfigyeléseivel, és a newtoni, einsteini és egyéb gravitációelméletek előrejelzéseivel vetették össze. Az új megfigyelések eltérnek Newton elméletének előrejelzéseitől, ugyanakkor kitűnően egyeznek az általános relativitáselméletből számítottakkal.

A rendkívül pontos méréseket a németországi Garchingban működő Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik munkatársa, Reinhard Genzel által vezetett csillagászcsoport végezte. A csoportban részt vettek az Observatoire de Paris–PSL, a Université Grenoble AlpesCNRS, a Max-Planck-Institut für Astronomie, a Universität zu Köln, a CENTRA – Centro de Astrofisica e Gravitação és az ESO kutatói is. A legfrissebb megfigyelések a Tejútrendszer középpontjának az ESO műszereivel történő 26 éves, mind pontosabbá váló méréssorozatának a megkoronázását jelentik [3].

„Most figyelhettük meg másodszor az S2 közeli áthaladását a központi fekete lyuk mellett. Ám ezúttal, az időközben rendkívül sokat fejlődött műszereknek köszönhetően minden korábbinál pontosabb pozícióméréseket tudtunk végezni,” – magyarázza Genzel. – „Az elmúlt évek során komolyan készültünk erre az eseményre, hiszen a lehető legtöbbet kívántuk kihozni az általános relativitáselmélet hatásainak megfigyelésére nyíló különleges lehetőségből.

Az új mérések egyértelműen mutatják a gravitációs vöröseltolódás hatását. A fekete lyuk rendkívül erős gravitációs teréből távozó fény hullámhossza megnyúlik. Az S2 fényében tapasztalt hullámhossz-eltolódás pontosan egyezik azzal, amit Einstein általános relativitáselmélete előrejelez. Most először sikerült megfigyelni egy szupernagy tömegű fekete lyuk körül keringő csillag mozgásának az egyszerűbb newtoni gravitációelmélettől való eltérését.

A kutatócsoport a SINFONI műszerrel mérte az S2 Földről megfigyelhető látóirányú sebességét, a GRAVITY nevű interferométerrel pedig az S2 látszó égi pozícióját követték rendkívül nagy pontossággal. Így kirajzolódott a mozgás pályája. A GRAVITY olyan éles képeket készített, amelyeken a a fekete lyuk közvetlen közelében mozgó csillagnak az éjszakáról éjszakára való elmozdulása is látható – 26 000 fényévre a Földtől. „Az S2-ről a GRAVITY-vel mintegy két éve végzett első megfigyeléseink már jelezték, hogy egy ideális feketelyuk-laboratóriumot találtunk,” – teszi hozzá Frank Eisenhauer (MPE), A GRAVITY és SINFONI spektroszkópiai műszerek tudományos vezetője. – „A szoros megközelítésnek köszönhetően a legtöbb felvételen a fekete lyuk körüli halvány ragyogás is megfigyelhető, miáltal a csillag keringését még pontosabban tudtuk követni. Végső soron így voltunk képesek kimutatni az S2 spektrumában fellépő gravitációs vöröseltolódást.

Az általános relativitáselmélet egyenleteit leíró cikkének publikálása után több mint 100 évvel Einstein elmélete újfent helyesnek bizonyult – egy olyan szélsőséges körülményeket biztosító laboratóriumban, amilyenről ő maga talán álmodni sem mert!

Françoise Delplancke, az ESO rendszermérnöki részlegének vezetője így világítja meg a megfigyelések rendkívüli jelentőségét: „Itt, a Naprendszerben a fizika törvényeit csak jelen időben, és csak bizonyos körülmények között tudjuk vizsgálni. Ezért olyan fontos a fizika törvényeinek próbára tétele sokkal erősebb gravitációs térben is.

A megfigyelések persze tovább folytatódnak, amitől hamarosan egy további relativisztikus hatás – a csillag pályájának kicsiny elfordulása, a Schwarzschild-precessziónak a kimutatását várják a csillagászok. Ennek az S2 fekete lyuktól való távolodásával könnyen megfigyelhetővé kell majd válnia.

Az ESO immár negyed százada működik együtt Reinhard Genzel kutatócsoportjának tagjaival, szerte az ESO tagországaiból. Komoly kihívást jelentett azoknak az egyedülállóan nagy teljesítményű műszereknek a kifejlesztése, amelyek a Paranal-hegyen működő VLT távcsövein lehetővé tették ezeket a kifinomult méréseket. A ma bejelentett felfedezés egy kimagasló együttműködés tetőpontját jelenti.” – foglalja össze Xavier Barcons, az ESO igazgatója.

Megjegyzés

[1] A GRAVITY műszert a német Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik, a francia LESIA Observatoire de Paris–PSL / CNRS / Sorbonne Université / Univ. Paris Diderot és IPAG of Université Grenoble Alpes / CNRS, a német Max-Planck-Institut für Astronomie, a német Universität zu Köln, a portugál CENTRA–Centro de Astrofisica e Gravitação, és az ESO közösen tervezték és építették meg.


[2] Az S2 erősen elnyúlt pályáján 16 év alatt kerüli meg a központi fekete lyukat, és a keringés során 20 milliárd kilométerre — a Nap—Föld távolság 120-szorosára, avagy a Nap—Neptunusz távolság négyszeresére — közelítik meg egymást. Ez a távolság a fekete lyuk Schwarzschild-sugarának mindössze 1500-szorosa.

[3] A Tejútrendszer központi vidékét a láthatónál hosszabb hullámhosszakon — jelen esetben infravörösben — tudjuk csak megfigyelni, hiszen a Föld és a galaxisunk középpontja között elhelyezkedő vastag porfelhők a látható fény legnagyobb részét elnyelik.

További információ

Az itt bemutatott kutatási eredményeket a GRAVITY kollaboráció munkatársai az Astronomy & Astrophysics folyóiratban 2018. július 26-án megjelenő „Detection of the Gravitational Redshift in the Orbit of the Star S2 near the Galactic Centre Massive Black Hole” című cikkükben ismertetik.

A GRAVITY kollaboráció munkatársai: R. Abuter (ESO, Garching, Németország), A. Amorim (Universidade de Lisboa, Liszabon, Portugália), N. Anugu (Universidade do Porto, Porto, Portugália), M. Bauböck (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik, Garching, Németország [MPE]), M. Benisty (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Franciaország [IPAG]), J.P. Berger (IPAG; ESO, Garching, Németország), N. Blind (Observatoire de Genève, Université de Genève, Versoix, Svájc), H. Bonnet (ESO, Garching, Németország), W. Brandner (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Németország [MPIA]), A. Buron (MPE), C. Collin (LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, Meudon, Franciaország [LESIA]), F. Chapron (LESIA), Y. Clénet (LESIA), V. Coudé du Foresto (LESIA), P. T. de Zeeuw (Sterrewacht Leiden, Leiden University, Leiden, Hollandia; MPE), C. Deen (MPE), F. Delplancke-Ströbele (ESO, Garching, Németország), R. Dembet (ESO, Garching, Németország; LESIA), J. Dexter (MPE), G. Duvert (IPAG), A. Eckart (Universität zu Köln, Köln, Németország; Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Németország), F. Eisenhauer (MPE), G. Finger (ESO, Garching, Németország), N.M. Förster Schreiber (MPE), P. Fédou (LESIA), P. Garcia (Universidade do Porto, Porto, Portugália), R. Garcia Lopez (MPIA), F. Gao (MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE; University of California, Berkeley, Kalifornia, USA), S. Gillessen (MPE), P. Gordo (Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugália), M. Habibi (MPE), X. Haubois (ESO, Santiago, Chile), M. Haug (ESO, Garching, Németország), F. Haußmann (MPE), Th. Henning (MPIA), S. Hippler (MPIA), M. Horrobin (Universität zu Köln, Köln, Németország), Z. Hubert (LESIA; MPIA), N. Hubin (ESO, Garching, Németország), A. Jimenez Rosales (MPE), L. Jochum (ESO, Garching, Németország), L. Jocou (IPAG), A. Kaufer (ESO, Santiago, Chile), S. Kellner (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Németország), S. Kendrew (MPIA, ESA), P. Kervella (LESIA; MPIA), Y. Kok (MPE), M. Kulas (MPIA), S. Lacour (LESIA), V. Lapeyrère (LESIA), B. Lazareff (IPAG), J.-B. Le Bouquin (IPAG), P. Léna (LESIA), M. Lippa (MPE), R. Lenzen (MPIA), A. Mérand (ESO, Garching, Németország), E. Müller (ESO, Garching, Németország; MPIA), U. Neumann (MPIA), T. Ott (MPE), L. Palanca (ESO, Santiago, Chile), T. Paumard (LESIA), L. Pasquini (ESO, Garching, Németország), K. Perraut (IPAG), G. Perrin (LESIA), O. Pfuhl (MPE), P.M. Plewa (MPE), S. Rabien (MPE), A. Ramírez (ESO, Chile), J. Ramos (MPIA), C. Rau (MPE), G. Rodríguez-Coira (LESIA), R.-R. Rohloff (MPIA), G. Rousset (LESIA), J. Sanchez-Bermudez (ESO, Santiago, Chile; MPIA), S. Scheithauer (MPIA), M. Schöller (ESO, Garching, Németország), N. Schuler (ESO, Santiago, Chile), J. Spyromilio (ESO, Garching, Németország), O. Straub (LESIA), C. Straubmeier (Universität zu Köln, Köln, Németország), E. Sturm (MPE), L.J. Tacconi (MPE), K.R.W. Tristram (ESO, Santiago, Chile), F. Vincent (LESIA), S. von Fellenberg (MPE), I. Wank (Universität zu Köln, Köln, Németország), I. Waisberg (MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), M. Wiest (Universität zu Köln, Köln, Németország), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO, Garching, Németország), S. Yazici (MPE; Universität zu Köln, Köln, Németország), D. Ziegler (LESIA) és G. Zins (ESO, Santiago, Chile).

Az ESO a legfontosabb kormányközi csillagászati szervezet Európában, és messze a legeredményesebb földfelszíni csillagászati obszervatórium az egész világon. Tizenöt tagország támogatja: Ausztria, Belgium, Csehország, Dánia, az Egyesült Királyság, Finnország, Franciaország, Hollandia, Lengyelország, Németország, Olaszország, Portugália, Spanyolország, Svájc és Svédország. Ezt a sort  egészíti ki az ESO obszervatóriumainak befogadóországaként Chile, valamint stratégiai partnerként Ausztrália. Az ESO ambiciózus programjának fő célkitűzése hatékony földi megfigyelő műszerek tervezése, kivitelezése és működtetése fókuszál annak érdekében, hogy a csillagászok élvonalbeli fontos tudományos felfedezéseket tehessenek. Az ESO vezető szerepet játszik csillagászati együttműködések elősegítésében és szervezésében. Az ESO három világszínvonalú megfigyelő helyet tart fenn Chilében. Ezek: La Silla, Paranal és Chajnantor. Paranalon üzemel a Nagyon Nagy Távcső (VLT), a világ legkorszerűbb látható hullámhosszakon üzemelő csillagászati obszervatóriuma, és két égboltfelmérő távcső. A világ legnagyobb égboltfelmérő teleszkópja, a VISTA az infravörös hullámhossztartományban működik, míg a VLT Égboltfelmérő Távcső az optikai hullámhosszak legnagyobb dedikált égboltfelmérő műszere. Az ESO vezető résztvevő az ALMA-együttműködésben, ami jelenleg a legnagyobb létező csillagászati projekt. Mindezeken túl épül már a Paranalhoz közeli Cerro Armazones tetején az ESO 39-méteres Rendkívül Nagy Távcsöve (ELT) is. Ez lesz a világ „égre néző legnagyobb szeme”.

Linkek

Kapcsolat

Reinhard Genzel
Director, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Telefon: +49 89 30000 3280
E-mail: genzel@mpe.mpg.de

Frank Eisenhauer
GRAVITY Principal Investigator, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Telefon: +49 (89) 30 000 3563
E-mail: eisenhau@mpe.mpg.de

Stefan Gillessen
Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Telefon: +49 89 30000 3839
E-mail: ste@mpe.mpg.de

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Telefon: +49 89 3200 6655
Mobil: +49 151 1537 3591
E-mail: pio@eso.org

Hannelore Hämmerle
Public Information Officer, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Telefon: +49 (89) 30 000 3980
E-mail: hannelore.haemmerle@mpe.mpg.de

Connect with ESO on social media

Ez az ESO eso1825 sz. sajtóközleményének fordítása

A sajtóközleményről

Közlemény száma:eso1825hu
Név:Milky Way Galactic Centre
Típus:Milky Way : Galaxy : Component : Central Black Hole
Facility:Very Large Telescope
Instruments:GRAVITY, NACO, SINFONI
Science data:2018A&A...615L..15G

Képek

Fantáziarajz az S2 elhaladásáról a Tejútrendszer központi szupernagy tömegű fekete lyukának közelében
Fantáziarajz az S2 elhaladásáról a Tejútrendszer központi szupernagy tömegű fekete lyukának közelében
Fantáziarajz az S2 elhaladásáról a Tejútrendszer központi szupernagy tömegű fekete lyukának közelében – feliratozva
Fantáziarajz az S2 elhaladásáról a Tejútrendszer központi szupernagy tömegű fekete lyukának közelében – feliratozva
Az S2 pályája időpontok megjelölésével
Az S2 pályája időpontok megjelölésével
A fekete lyuk körül keringő összes csillag
A fekete lyuk körül keringő összes csillag
Az S2 napi elmozdulásai kinagyítva a GRAVITY felvételein
Az S2 napi elmozdulásai kinagyítva a GRAVITY felvételein
A GRAVITY műszer mérési adatai
A GRAVITY műszer mérési adatai
A NACO műszer mérési adatai
A NACO műszer mérési adatai

Videók

ESOcast 173: Einstein általános relativitáselméletének első sikeres tesztje egy szupernagy tömegű fekete lyuk környezetében
ESOcast 173: Einstein általános relativitáselméletének első sikeres tesztje egy szupernagy tömegű fekete lyuk környezetében
Művészi elképzelés egy csillag elhaladásáról egy szupermasszív fekete lyuk mellett
Művészi elképzelés egy csillag elhaladásáról egy szupermasszív fekete lyuk mellett
Ráközelítés a Tejútrendszer szívére
Ráközelítés a Tejútrendszer szívére
Az S2 jelű csillag megközelíti a Tejútrendszer közepében található fekete lyukat
Az S2 jelű csillag megközelíti a Tejútrendszer közepében található fekete lyukat
Csillagok keringenek a Tejútrendszer középpontjában található fekete lyuk körül
Csillagok keringenek a Tejútrendszer középpontjában található fekete lyuk körül
A Tejútrendszer központi fekete lyukja körül keringő csillagok pályáinak szimulációja
A Tejútrendszer központi fekete lyukja körül keringő csillagok pályáinak szimulációja
A galaktikus központi fekete lyukja körül keringő S2 csillag pályájának animációja
A galaktikus központi fekete lyukja körül keringő S2 csillag pályájának animációja
A Tejútrendszer központi fekete lyuka körül keringő csillagok pályának teljes kupolás látványa
A Tejútrendszer központi fekete lyuka körül keringő csillagok pályának teljes kupolás látványa
Fekete lyuk körüli keringés az eseményhorizont közelében (teljes kupolás)
Fekete lyuk körüli keringés az eseményhorizont közelében (teljes kupolás)
Egy fekete lyuk közeli képe az eseményhorizont közelében (teljes kupolás)
Egy fekete lyuk közeli képe az eseményhorizont közelében (teljes kupolás)
Fekete lyuk körüli keringés az eseményhorizont közelében 2 (teljes kupolás)
Fekete lyuk körüli keringés az eseményhorizont közelében 2 (teljes kupolás)
Fekete lyuk körüli keringés az eseményhorizont közelében 3 (teljes kupolás)
Fekete lyuk körüli keringés az eseményhorizont közelében 3 (teljes kupolás)
Fekete lyuk körüli keringés az eseményhorizont közelében 4 (teljes kupolás)
Fekete lyuk körüli keringés az eseményhorizont közelében 4 (teljes kupolás)
Utazás a Földtől a Tejútrendszer központi fekete lyukjához
Utazás a Földtől a Tejútrendszer központi fekete lyukjához
Az általános relativitáselmélet tesztelése a Galaxis középpontjában - összeállítás
Az általános relativitáselmélet tesztelése a Galaxis középpontjában - összeállítás

Tekintse meg