eso2006is — Fréttatilkynning

Sjónauki ESO fylgist með stjörnu dansa um risasvarthol og staðfesta spá Einsteins

16. apríl 2020

Mælingar með Very Large Telescope (VLT) ESO hafa í fyrsta sinn staðfest að stjarna, sem hringsólar í kringum risasvartholið í miðju Vetrarbrautinnar, hreyfist í samræmi við spár almennu afstæðiskenningar Einsteins. Stjarnan er á rósarlaga braut um svartholið en ekki sporöskjulaga eins og þyngdarfræði Newtons gerir ráð fyrir. Vísindamenn hafa lengi beðið eftir þessum niðurstöðum en þær má þakka sífellt nákvæmari mælingum sem staðið hafa yfir nærri 30 ár og gerir þeim kleift að afhjúpa leyndardóma risans sem dvelur í hjarta Vetrarbrautarinnar.

„Almenna afstæðiskenning Einsteins spáir því að bundnar brautir eins hnattar um annan séu ekki lokaðar, eins og þyngdarfræði Newtons gerir ráð fyrir, heldur færist eða hliðrist meðfram hreyfifletinum. Þessi frægu áhrif – sem sáust fyrst á braut Merkúríusar um sólina – voru fyrstu sönnunargögnin sem studdu almennu afstæðiskenninguna. Nú, hundrað árum síðar, hefur okkur tekist að mæla sömu áhrif á brautarhreyfingu stjörnu sem snýst um björtu útvarpslindina Sagittarius A*, miðju Vetrarbrautarinnar. Mælingarnar marka tímamót og rennir frekari stoðum undir þá tilgátu að Sagittarius A* hljóti að vera fjögurra milljón sólmassa risasvarthol,“ sagði Reinhard Genzel, forstöðumaður Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) í Garching í Þýskalandi. Hann er jafnframt arkitektinn að 30 ára rannsóknarverkefni sem leiddi til þessarar niðustöðu.

Sagittarius A* er í um 26 þúsund ljósára fjarlægð frá sólinni. Í kringum hana er þétt þyrping stjarna sem er í raun einstök tilraunastofa til að prófa eðlisfræði þyngdar við öfgakenndar aðstæður. Ein þessara stjarna nefnist S2. Hún fellur inn að risasvartholinu annað veifið og kemst mæst í 20 milljarða km fjarlægð frá því sem er um það bil 120-föld vegalengdin milli Jarðar og sólar. Þessi „hársbreidd“ gerir hana að nálægustu stjörnu sem fundist hefur í kringum risasvarthol. Í svartholanánd þeysist stjarnan um geiminn á næstum 3% af hraða ljóssins. Umferðartími hennar eða „árið“ er því 16 ár. „Eftir að hafa vaktað stjörnuna í meira en tvo og hálfan áratug sáum við Scwharzschild-framrásina á brraut hennar í kringum Sagittarius A*,“ sagði Stefan Gillessen hjá MPE en hann sá um gagnaúrvinnsluna. Niðurstöðurnar eru birtar í dag í tímaritinu Astronomy & Astrophysics.

Flestar stjörnur og plánetur hafa sporöskjulaga sporbrautir sem flytja þær ýmist nær eða fjær fyrirbærinu sem þær ganga um. Braut S2 er ólík að því leitinu til að hún hliðrast eða sækir fram, þ.e. sá staður á brautinni sem er næstur svartholinu færist til við hverja hringferð. Með öðrum orðum færist svartholanándarpunkturinn til við hverja hringferð. Úr verður rósarlögun. Almenna afstæðiskenningin spáir nákvæmlega fyrir um hversu mikið braut stjörnunnar hliðrast til og passa nýjustu mælingarnar fullkomlega að kenningunni. Áhrifun eru kölluð Schwarzschild-framrá en þau hafa aldrei áður mælst hjá stjörnu á braut um risasvarthol.

Rannsóknin var gerð með VLT sjónaukum ESO. Hún hjálpar vísindamönnum að átta sig betur á nágrenni risasvartholsins í miðju Vetrarbrautarinnar. „Þar sem mælingar okkar á S2 koma svo vel heim og saman við almennu afstæðiskenninguna getum við sett mörk á hversu mikið er af ósýnilegu efni, eins og dreifðu hulduefni eða hugsanlega litlum svartholum, eru í kringum Sagittarius A*. Þetta skiptir miklu máli fyrir skilning okkar á myndun og þróun risasvarthola,“ sögðu frönsku vísindamennirnir Guy Perrin og Karina Perraut sem komu að rannsókninni.

Niðurstöðurnar eru hápunkturinn á 27 ára langri mæliröð á stjörnunni S2 með ýmsum mælitækjum VLT sjónauka ESO í Atacamaeyðimörkinni í Chile. Gerðar voru meira en 330 mælingar á staðsetningu stjörnunnar með gríðarlegri nákvæmni, þökk sé mælitækjum eins og GRAVITY, SINFONI og NACO. S2 er 16 ár að hringsóla um risasvartholið svo brýnt var að fylgja stjörnunni eftir í næstum þrjá áratugi svo hægt væri að átta sig á braut hennar.

Alþjóðlegur hópur vísindamanna frá Frakklandi, Portúgal, Þýskalandi og ESO, undir forystu Frank Eisenhauer við MPE, tók þátt í rannsókninni. Hópurinn myndar GRAVITY samstarfshópinn sem dregur nafn sitt af mælitækinu sem þau þróuðu fyrir VLT víxlmælinn sem sameinar ljós frá öllum VLT sjónaukunum fjórum í einn risasjónauka (sem hefur upplausn 130 metra breiðs sjónauka). Árið 2018 uppgötvaði sami hópur önnur áhrif sem almenna afstæðiskenning Einsteins spáir fyrir um þegar þau sáu ljós frá S2 teygjast yfir á lengri bylgjulengdir þegar stjarnan fór nálægt Sagittarius A*. „Niðurstöður okkar sýna að ljósið sem berst frá stjörnunni verður fyrir afstæðilegum áhrifum. Nú höfum við líka sýnt fram á að stjarnan sjálf finnur fyrir áhrifum almenns afstæðis,“ sagði Paulo Garcia, einn af forystumönnum GRAVITY verkefnisins hjá Center for Astrophysics and Gravitation í Portúgal.

Vísindamennirnir telja að með tilkomu Extremely Large Telescope muni þau sjá enn daufari stjörnur sem eru enn nær risasvartholinu. „Ef heppnin er með okkur gætum við fundið stjörnur sem eru nógu nálægt svartholinu til að finna fyrir snúningi þess,“ sagði Andreas Eckart við háskólann í Köln. Það myndi þýða að stjörnufræðingar gætu mælt tvo eiginleika risasvartholsins, snúninginn og massann, og skilgreina tíma og rúm í kringum það. „Það yrði aftur alveg nýtt stig af prófun almennu afstæðiskenningarinnar,“ sagði Eckart.

Frekari upplýsingar

Skýrt var frá rannsókninni í greininni „Detection of the Schwarzschild precession in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole“ sem birtist í Astronomy & Astrophysics.

Í GRAVITY samstarfinu eru 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]), J.P. Berger (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble, France [IPAG] and ESO), H. Bonnet (ESO), 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], P.T. de Zeeuw (Sterrewacht Leiden, Leiden University, The Netherlands and MPE), J. Dexter (Department of Astrophysical & Planetary Sciences, JILA, Duane Physics Bldg.,University of Colorado, Boulder, USA and 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 (MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE, 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]), 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 (Institute of Astronomy, Cambridge, UK and 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 (Cologne), E. Sturm (MPE), L.J. Tacconi (MPE), 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), og S. Yazici (MPE, Cologne).

ESO er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og lang öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 16 landa: Austurríkis, Belgíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Írlands, Hollands, Póllands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands, auk gestaþjóðarinnar Chile. ESO heldur úti metnaðarfullum verkefnum sem miða að hönnun, smíði og starfsemi öflugra stjörnustöðva á jörðinni sem gera stjörnufræðingum kleift að gera mikilvægar uppgötvanir. ESO leikur líka lykilhlutverk í að efla og skipuleggja samstarf í stjarnvísindarannsóknum. ESO starfrækir þrjár stjörnuathugunarstöðvar í heimsflokki: La Silla, Paranal og Chajnantor. Á Paranalfjalli starfrækir ESO Very Large Telescope, fullkomnustu stjörnusjónauka heims sem notaðir eru til athugana á sýnilegu ljósi og tvo kortlagningarsjónauka. VISTA er stærsti kortlagningarsjónauki veraldar fyrir innrautt ljós og VLT Survey Telescope er stærsti sjónauki heims sem eingöngu er ætlað að kortleggja himinn í sýnilegu ljósi. ESO er stór þátttakandi í ALMA, stærsta stjarnvísindaverkefni heims. Á Cerro Armazones, skammt frá Paranal, er ESO að smíða 39 metra risasjónauka, Extremely Large Telescope eða ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.

Tenglar

Tengiliðir

Sævar Helgi Bragason
Stjörnufræðivefurinn
Ísland
Farsími: 8961984
Tölvupóstur: eson-iceland@eso.org

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

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

Frank Eisenhauer
Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Sími: +49 89 30000 3563
Farsími: +49 162 3105080
Tölvupóstur: 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
Farsími: +351 963235785
Tölvupóstur: pgarcia@fe.up.pt

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

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

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

Bárbara Ferreira
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Sími: +49 89 3200 6670
Farsími: +49 151 241 664 00
Tölvupóstur: pio@eso.org

Connect with ESO on social media

Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso2006.

Um fréttatilkynninguna

Fréttatilkynning nr.:eso2006is
Nafn:Sgr A*
Tegund:Milky Way : Galaxy : Component : Central Black Hole
Facility:Very Large Telescope
Instruments:GRAVITY, NACO, SINFONI

Myndir

Artist’s impression of Schwarzschild precession
Artist’s impression of Schwarzschild precession
texti aðeins á ensku
Orbits of stars around black hole at the heart of the Milky Way
Orbits of stars around black hole at the heart of the Milky Way
texti aðeins á ensku
Wide-field view of the centre of the Milky Way
Wide-field view of the centre of the Milky Way
texti aðeins á ensku
Sagittarius A* in the constellation of Sagittarius
Sagittarius A* in the constellation of Sagittarius
texti aðeins á ensku

Myndskeið

ESOcast 219 Light: Star Dance Around Supermassive Black Hole
ESOcast 219 Light: Star Dance Around Supermassive Black Hole
texti aðeins á ensku
Artist’s animation of S2’s precession effect
Artist’s animation of S2’s precession effect
texti aðeins á ensku
Zooming in on the heart of the Milky Way
Zooming in on the heart of the Milky Way
texti aðeins á ensku
The star S2 makes a close approach to the black hole at the centre of the Milky Way
The star S2 makes a close approach to the black hole at the centre of the Milky Way
texti aðeins á ensku
Interview with Reinhard Genzel (in English)
Interview with Reinhard Genzel (in English)
texti aðeins á ensku
Interview with Reinhard Genzel (in German)
Interview with Reinhard Genzel (in German)
texti aðeins á ensku
Another artist’s impression of S2’s precession effect
Another artist’s impression of S2’s precession effect
texti aðeins á ensku

Sjá einnig