eso2006hu — Tudományos közlemények

Egy szupernagy tömegű fekete lyuk körül táncoló csillagot figyelt meg az ESO teleszkópja, ami bizonyítja Einstein igazát

2020. április 16.

Az ESO Nagyon Nagy Távcsövével (VLT) végzett megfigyelések első alkalommal fedték fel, hogy egy, a Tejútrendszer központjában lévő, szupernagy tömegű fekete lyuk körül keringő csillag éppen úgy mozog, ahogy azt Einstein általános relativitáselmélete előre jelzi. Keringési pályája rózsa formájú, nem pedig ellipszis, ahogy azt Newton gravitációs elmélete jósolta. Ezt a régóta várt eredményt az elmúlt közel 30 év egyre pontosabb mérései tették lehetővé, amelyeknek köszönhetően a kutatók megfejthetik a galaxisunk szívében rejtőző óriás titkait.

„Einstein általános relativitáselmélete szerint két, egymás körül keringő égitest kötött pályája nem zárt, ahogy a newtoni gravitációs elmélet mondja, hanem a mozgás síkjában elfordul. Ez a híres hatás – amit először a Merkúr bolygó Nap körüli pályájánál láttunk – volt az első bizonyíték az általános relativitáselmélet mellett. Most, száz évvel később észleltük ugyanezt a jelenséget egy kompakt rádióforrás, a Sagittarius A* körül keringő csillagnál, a Tejútrendszer központjában. Ez a felfedezés megerősíti, hogy a Sagittarius A* egy szupernagy tömegű fekete lyuk kell, hogy legyen, amely 4 milliószor nagyobb tömegű a Napnál.” – mondja Reinhard Genzel, a garchingi (Németország) Max Planck Űrfizikai Intézet (MPE) igazgatója, valamint annak a 30 éves programnak a tervezője, amely ehhez az eredményhez vezetett.

A Naptól 26000 fényévre lévő Sagittarius A* és a körülötte lévő sűrű csillaghalmaz egyedülálló laboratórium az egyébként felderítetlen és elképesztő gravitációs rendszer fizikájának vizsgálatára. A csillagok egyike, az S2, kevesebb mint 20 milliárd kilométerre (ami a Nap és a Föld távolságának 120-szorosa) söpör el a szupernagy tömegű fekete lyuk mellett, így ez a valaha talált legközelebbi csillag a hatalmas óriás körül. Az S2 jelű csillag a fekete lyukhoz közeli elhaladásakor a fénysebesség majdnem 3 százalékával száguld, így 16 év alatt kerüli meg azt. „Miután két és fél évtizeden át követtük a csillag pályáját, pontos méréseinkkel határozottan érzékeljük az S2 Schwarzschild-precesszióját a Sagittarius A* körüli útján.” – mondja Stefan Gillessen, az MPE munkatársa, aki a mai napon az Astronomy & Astrophysics lapban közzétett elemzését vezette.

A csillagok és bolygók többségének nem kör alakú a pályája, így közelebb majd távolabb kerülnek az égitesttől, amely körül keringenek. Az S2 pályája precesszál, ami azt jelenti, hogy pályájának a szupernagy tömegű fekete lyukhoz eső legközelebbi pontja minden fordulóban változik, a következő pálya az előzőhöz képest elmozdul, így rózsa formát képez. Az általános relativitáselmélet pontosan előre jelzi, mennyiben változik a pályája, és a kutatás legutóbbi mérései igazolják az elméletet. A Schwarzschild-precesszióként ismert hatást még sosem mérték meg egy szupernagy tömegű fekete lyuk körül keringő csillag esetében.

Az ESO VLT műszerével végzett mérések abban is segítenek a kutatóknak, hogy többet tudjanak meg a galaxisunk központjában található szupernagy tömegű fekete lyuk környezetéről. „Mivel az S2-vel kapcsolatos mérések ilyen jól igazolják az általános relativitáselméletet, szigorú határértékeket szabhatunk meg a láthatatlan anyag mennyiségére, mint amilyen a Sagittarius A* környezetében eloszlott sötét anyag vagy a feltételezhető kisebb fekete lyukak. Ez nagy jelentőséggel bír a szupernagy tömegű fekete lyukak kialakulásának és fejlődésének megértése szempontjából.” – mondják a projekt francia vezető kutatói, Guy Perrin és Karine Perraut.

Ez az eredmény az S2 jelű csillag 27 éves megfigyelésének csúcspontja, amely nagyrészt az ESO chilei Atacama-sivatagban található VLT műszerflottájával történt. A csillag helyzetét és sebességét jelző adatpontok száma az új kutatás alaposságát és pontosságát igazolja: a kutatócsoport összesen több mint 330 mérést végzett a GRAVITY, a SINFONI és a NACO műszerekkel. Mivel az S2-nek évekbe telik megkerülni a szupernagy tömegű fekete lyukat, alapvető fontosságú volt a csillag három évtizeden át történő nyomon követése, hogy kiderüljön, milyen jellegzetességekkel bír az orbitális mozgása.

A kutatást az MPE munkatársa, Frank Eisenhauer vezetésével egy nemzetközi kutatócsoport végezte, amelyben közreműködtek francia, portugál, német és az ESO küldötte kutatók is. A GRAVITY együttműködésnek keresztelt kutatócsoport a VLT interferométere számára fejlesztett műszerről kapta a nevét, amely a VLT négy darab, 8 méteres távcsövét egyesíti egy szupertávcsőben (amelynek felbontása így egy 130 méter átmérőjű távcsőével egyezik meg). Ugyanez a kutatócsoport jelentette be 2018-ban az általános relativitáselmélet egy másik igazolását: a kutatók tanúi voltak, ahogy az S2 fényének hullámhossza megnyúlt, amikor megközelítette a Sagittarius A*-ot. „Korábbi eredményünk igazolta, hogy a csillag által kibocsátott fényre érvényes az általános relativitáselmélet. Most kimutattuk, hogy maga a csillag is érzi az általános relativitáselmélet hatásait.” – mondja Paulo Garcia, a portugáliai Asztrofizikai és Gravitációs Központ kutatója, a GRAVITY projekt egyik vezető kutatója.

Az ESO készülő Rendkívül Nagy Távcsövével a kutatók talán olyan csillagokat is észlelhetnek, amelyek sokkal halványabbak, és még közelebb keringenek a szupernagy tömegű fekete lyukhoz. „Ha szerencsések vagyunk, olyan közeli csillagokat is elkaphatunk, amelyek még a fekete lyuk forgását is érzik. – mondja Andreas Eckart, a Kölni Egyetem munkatársa, a projekt másik vezető kutatója. Ez azt jelentené, hogy a csillagászok a Sagittarius A* mindkét jellemzőjét, a forgását és a tömegét is megmérhetnék, amely meghatározza a körülötte lévő teret és időt. „Ez egy új szintje lenne a relativitáselmélet igazolásának.” - mondja Eckart.

További információ

A kutatás eredményeit ismertető, “Detection of the Schwarzschild precession in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole” című tanulmány az Astronomy & Astrophysics című szaklapban fog megjelenni.

A GRAVITY csapat tagjai: R. Abuter (Európai Déli Obszervatórium, Garching, Németország [ESO]), A. Amorim (Lisszaboni Egyetem – Természettudományi Kar, Portugália és Asztrofizikai és Gravitációs Központ, IST, Lisszaboni Egyetem, Portugália [CENTRA]), M. Bauböck (Max Planck Űrfizikai Intézet, Garching, Németország [MPE]), J.P. Berger (Grenoble-Alpes Egyetem, CNRS, Grenoble, Franciaország [IPAG] és ESO), H. Bonnet (ESO), W. Brandner (Max Planck Csillagászati Intézet, Heidelberg, Németország [MPIA]), V. Cardoso (CENTRA és CERN, Genève, Svájc), Y. Clénet (Párizsi Obszervatórium, PSL Egyetem, CNRS, Sorbonne Egyetem, Párizsi Egyetem, Meudon, Franciaország [LESIA], P.T. de Zeeuw (Leideni Obszervatórium, Leideni Egyetem, Hollandia és MPE), J. Dexter (Asztrofizikai és Bolygótudományi Tanszék, JILA, Duane Physics Bldg.,University of Colorado, Boulder, USA és MPE), A. Eckart (Fizikai Intézet, Kölni Egyetem, Németország [Köln] és Max Planck Rádiócsillagászati Intézet, Bonn, Németország), F. Eisenhauer (MPE), N.M. Förster Schreiber (MPE), P. Garcia (Mérnöki Kar, Portói Egyetem, Portugália és CENTRA), F. Gao (MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE, Fizikai és Csillagászati Intézet, Le Conte Hall, Kaliforniai Egyetem, Berkeley, USA), S. Gillessen (MPE), M. Habibi (MPE), X. Haubois (Európai Déli Obszervatórium, Santiago, Chile [ESO Chile]), 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), M. Nowak (Csillagászati Intézet, Cambridge, UK és LESIA), T. Ott (MPE), T. Paumard (LESIA), K. Perraut (IPAG), G. Perrin (LESIA), O. Pfuhl (ESO, MPE), G. Rodríguez-Coira (LESIA), J. Shangguan (MPE), S. Scheithauer (MPIA), J. Stadler (MPE), O. Straub (MPE), C. Straubmeier (Köln), E. Sturm (MPE), L.J. Tacconi (MPE), F. Vincent (LESIA), S. von Fellenberg (MPE), I. Waisberg (Részecskefizikai és Asztrofizikai Tanszék, Weizmann Tudományos Intézet, Izrael és MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO), and S. Yazici (MPE, Köln).

Az ESO a legfontosabb kormányközi csillagászati szervezet Európában, és messze a legeredményesebb földfelszíni csillagászati obszervatórium az egész világon. Tizenhat tagország támogatja: Ausztria, Belgium, Csehország, Dánia, az Egyesült Királyság, Finnország, Franciaország, Hollandia, Írország, 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 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) és a világelső VLT interferométer, valamint két égboltfelmérő távcső, az infravörös hullámhossztartományban működő VISTA és a látható tartományban működő VLT Égboltfelmérő Távcső. Az ESO paranali obszervatóriumában fog működni a Cserenkov Távcsőhálózat déli egysége, a világ legnagyobb és legérzékenyebb gammasugárzás-obszervatóriuma. Az ESO emellett a Chajnantoron lévő két létesítmény, az APEX és az ALMA vezető partnere, ami jelenleg a legnagyobb létező csillagászati projekt. Mindezeken túl már épül 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

Stefan Gillessen
Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Telefon: +49 89 30000 3839
Mobil: +49 176 99 66 41 39
E-mail: ste@mpe.mpg.de

Frank Eisenhauer
Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Telefon: +49 89 30000 3563
Mobil: +49 162 3105080
E-mail: eisenhau@mpe.mpg.de

Paulo Garcia
Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto and Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Portugal
Porto, Portugal
Mobil: +351 963235785
E-mail: pgarcia@fe.up.pt

Karine Perraut
IPAG of Université Grenoble Alpes/CNRS
Grenoble, France
E-mail: karine.perraut@univ-grenoble-alpes.fr

Guy Perrin
LESIA – Observatoire de Paris - PSL
Meudon, France
E-mail: guy.perrin@observatoiredeparis.psl.eu

Andreas Eckart
1st Institute of Physics, University of Cologne
Cologne, Germany
Telefon: +49 221 470 3546
E-mail: eckart@ph1.uni-koeln.de

Bárbara Ferreira
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Telefon: +49 89 3200 6670
Mobil: +49 151 241 664 00
E-mail: pio@eso.org

Connect with ESO on social media

Ez az ESO eso2006 sz. sajtóközleményének fordítása

A sajtóközleményről

Közlemény száma:eso2006hu
Név:Sgr A*
Típus:Milky Way : Galaxy : Component : Central Black Hole
Facility:Very Large Telescope
Instruments:GRAVITY, NACO, SINFONI

Képek

A Schwarzschild-precesszió művészi ábrázolása
A Schwarzschild-precesszió művészi ábrázolása
A fekete lyuk körül keringő összes csillag
A fekete lyuk körül keringő összes csillag
A Tejútrendszer központjának tágabb környezete
A Tejútrendszer központjának tágabb környezete
A Sagittarius A* a Nyilas csillagképben
A Sagittarius A* a Nyilas csillagképben

Videók

ESOcast 219 Light: Csillagtánc egy szupernagy tömegű fekete lyuk körül
ESOcast 219 Light: Csillagtánc egy szupernagy tömegű fekete lyuk körül
Művészi animáció az S2 precessziójáról
Művészi animáció az S2 precessziójáról
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
Interview with Reinhard Genzel (in English)
Interview with Reinhard Genzel (in English)
Csak angol nyelven
Interview with Reinhard Genzel (in German)
Interview with Reinhard Genzel (in German)
Csak angol nyelven
Another artist’s impression of S2’s precession effect
Another artist’s impression of S2’s precession effect
Csak angol nyelven

Tekintse meg