eso2006nb — Pressemelding

ESO-teleskop ser stjernedans rundt supermassivt svart hull og beviser at Einstein hadde rett

16. april 2020

Observasjoner gjort med ESOs Very Large Telescope (VLT) har for første gang avslørt at en stjerne som går i bane rundt det supermassive sorte hullet i sentrum av Melkeveien, beveger seg akkurat som forutsagt av Einsteins generelle relativitetsteori. Banen er formet som en rosett og ikke som en ellipse, slik det er forutsagt av Newtons gravitasjonsteori. Dette ettertraktede resultatet ble muliggjort av stadig mer presise målinger gjort over nesten 30 år. Målingene har gjort forskere i stand til å løse mysteriene til monsteret som lurer i hjertet av galaksen vår.

«Einsteins generelle relativitetsteori forutsier at den bundne banen til et objekt som går rundt et annet objekt ikke er lukket, som i Newtons gravitasjonsteori, men går fremover i bevegelsesplanet. Denne berømte effekten – først sett i banen til planeten Merkur rundt sola – var det første beviset til fordel for generell relativitetsteori. Hundre år senere har vi nå oppdaget den samme effekten i bevegelsen til en stjerne som går i bane rundt den kompakte radiokilden Sagittarius A* i sentrum av Melkeveien. Dette observasjonsgjennombruddet styrker beviset for at Sagittarius A* må være et supermassivt svart hull med en masse fire millioner ganger solas masse», sier Reinhard Genzel, direktør ved Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) i Garching i Tyskland og arkitekten bak det 30 år lange observasjonsprogrammet som førte til dette resultatet.

Sagittarius A* ligger 26 000 lysår unna sola. Den tette klyngen av stjerner rundt det supermassive sorte hullet gir et unikt laboratorium for å teste fysikk i uutforskede og ekstreme gravitasjonsfelter. En av disse stjernene, S2, sveiper inn mot det supermassive sorte hullet til en nærmeste avstand mindre enn 20 milliarder kilometer (120 ganger avstanden mellom sola og jorda), noe som gjør den til en av de nærmeste stjernene som noen gang er funnet i bane rundt det supermassive sorte hullet. På sitt nærmeste slynger S2 seg gjennom verdensrommet med nesten tre prosent av lysets hastighet, og fullfører en bane én gang hvert 16. år. «Etter å ha fulgt stjernen i dens bane i over to og et halvt tiår, har våre utsøkte, robuste målinger oppdaget Schwarzschild-presesjonen til S2 sin bane rundt Sagittarius A*», sier Stefan Gillessen fra MPE, som ledet analysen av målingene som ble publisert i dag i tidsskriftet Astronomy & Astrophysics.

De fleste stjerner og planeter går i en ikke-sirkulær bane og bytter derfor på å bevege seg nærmere og lenger bort fra objektet de går i bane rundt. S2s bane preseserer, noe som betyr at plasseringen av det nærmeste punktet til det supermassive sorte hullet endres med hver runde, slik at det neste baneomløpet blir rotert med hensyn til den forrige. Det skaper en rosettform. Generell relativitetsteori gir en presis forutsigelse av hvor mye stjernens bane endres og de siste målingene fra denne forskningen samsvarer nøyaktig med teorien. Denne effekten, kjent som Schwarzschild-presesjon, har aldri før blitt målt for en stjerne rundt et supermassivt svart hull.

Studien som er gjort med ESOs VLT hjelper også forskere å lære mer om nærområdet til det supermassive sorte hullet i sentrum av galaksen vår. «Fordi S2-målingene følger generell relativitetsteori så bra, kan vi sette strenge grenser for hvor mye usynlig materie, som mørk materie eller potensielle mindre sorte hull, som er til stede rundt Sagittarius A*. Dette er av stor interesse for å forstå dannelsen og utviklingen av supermassive sorte hull», sier Guy Perrin og Karine Perraut, de franske hovedforskerne i prosjektet.

Dette resultatet er kulminasjonen på 27 år med observasjoner av S2-stjernen som for mesteparten av tiden ble gjort med en flåte av instrumenter ved ESOs VLT, som ligger i Atacama-ørkenen i Chile. Antall datapunkter som markerer stjernens posisjon og hastighet, vitner om grundigheten og nøyaktigheten av den nye forskningen: Teamet har foretatt over 330 målinger ved hjelp av instrumentene GRAVITY, SINFONI og NACO. Fordi S2 tar mange år å gå i bane rundt det supermassive sorte hullet, var det avgjørende å følge stjernen i nær tre tiår, for å avdekke detaljene rundt dens banebevegelse.

Forskningen ble utført av et internasjonalt team ledet av Frank Eisenhauer fra MPE med samarbeidspartnere fra Frankrike, Portugal, Tyskland og ESO. Teamet utgjør GRAVITY-samarbeidet, som er oppkalt etter instrumentet de utviklet for VLT Interferometer, som kombinerer lyset fra alle de fire 8-meters VLT-teleskopene til et superteleskop (med en oppløsning tilsvarende et teleskop på 130 meter i diameter). Det samme teamet rapporterte i 2018 om en annen effekt spådd av generell relativitetsteori: De så at lyset mottatt fra S2 bli strukket til lengre bølgelengder da stjernen passerte nær Sagittarius A*. «Vårt forrige resultat har vist at lyset som sendes ut fra stjernen opplever generell relativitet. Nå har vi vist at også stjernen selv fornemmer effekten av generell relativitet», sier Paulo Garcia, forsker ved Portugals Center for Astrophysics and Gravitation og en av hovedforskerne i GRAVITY-prosjektet.

Med ESOs kommende Extremely Large Telescope, tror teamet at de ville være i stand til å se mye svakere stjerner som går i bane enda nærmere det supermassive sorte hullet. «Hvis vi er heldige, kan vi se stjerner nær nok til at de faktisk føler rotasjonen, altså spinnet, til det supermassivesorte hullet», sier Andreas Eckart fra Köln Universitet, en annen av hovedforskerne i prosjektet. Dette vil bety at astronomer ville være i stand til å måle de to størrelsene, spinn og masse, som karakteriserer Sagittarius A* og definere rommet og tiden rundt det. «Det ville være et helt annet nivå av testing av relativitetsteori», sier Eckart.

Mer informasjon

Denne studien ble presentert i den vitenskapelige artikkelen «Detection of the Schwarzschild precession in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole» som kommer i Astronomy & Astrophysics (DOI: 10.1051/0004-6361/202037813).

GRAVITY-samarbeidet består av: R. Abuter (European Southern Observatory, Garching, Tyskland [ESO]), A. Amorim (Universidade de Lisboa - Faculdade de Ciências, Portugal og Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Portugal [CENTRA]), M. Bauböck (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Tyskland [MPE]), J.P. Berger (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble, Frankrike [IPAG] og ESO), H. Bonnet (ESO), W. Brandner (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Tyskland [MPIA]), V. Cardoso (CENTRA and CERN, Genève, Sveits), Y. Clénet (Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université de Paris, Meudon, Frankrike [LESIA], P.T. de Zeeuw (Sterrewacht Leiden, Leiden University, Nederland og MPE), J. Dexter (Department of Astrophysical & Planetary Sciences, JILA, Duane Physics Bldg.,University of Colorado, Boulder, USA og MPE), A. Eckart (1st Institute of Physics, University of Cologne, Tyskland [Cologne] og Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Tyskland), F. Eisenhauer (MPE), N.M. Förster Schreiber (MPE), P. Garcia (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Portugal og 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 og MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO), og S. Yazici (MPE, Cologne).

ESO, European Southern Observatory, er den fremste mellomstatlige astronomiorganisasjonen i Europa og verdens desidert mest produktive astronomiske observatorium. Organisasjonen er finansiert av 16 land: Belgia, Danmark, Finland, Frankrike, Irland, Italia, Nederland, Polen, Portugal, Spania, Storbritannia, Sveits, Sverige, Tsjekkia, Tyskland og Østerrike, samt vertsnasjonen Chile og med Australia som en strategisk partner. ESOs ambisiøse virksomhet fokuserer på design, bygging og drifting av effektive bakkebaserte observasjonsanlegg for å muliggjøre banebrytende vitenskapelige oppdagelser. ESO spiller også en ledende rolle i å fremme og organisere samarbeid innenfor astronomisk forskning. ESO driver tre unike, verdensledende observatorier i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. Ved Paranal har ESO oppført Very Large Telescope og det verdensledende Very Large Telescope Interferometer, samt de to kartleggingsteleskopene VISTA som observerer i infrarødt og VLT Survey Telescope som observerer i synlig lys. ESO er også en viktig partner i to fasiliteter ved Chajnantor, APEX og ALMA, som er nåtidens største astronomiprosjekt. På Cerro Armazones, ikke langt fra Paranal, er ESO i ferd med å bygge Extremely Large Telescope (ELT). Med en speildiameter på 39 meter vil dette bli det største «øye» i verden som ser opp på himmelen.

Linker

Kontakter

Maria Hammerstrøm (oversetter & norsk kontaktperson)
Universitetet i Oslo
Oslo, Norge
E-post: eson-norway@eso.org

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

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

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

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

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

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

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

ESO i sosiale medier

Dette er en oversettelse av ESOs pressemelding eso2006 i regi av ESON, et nettverk av personer i ESOs medlemsland (samt noen utenfor ESO, som Norge) som fungerer som lokale mediekontakter i forbindelse med pressemeldinger og andre nyheter fra ESO.

Om pressemeldingen

Pressemld. nr.:eso2006nb
Navn:Sgr A*
Type:Milky Way : Galaxy : Component : Central Black Hole
Facility:Very Large Telescope
Instruments:GRAVITY, NACO, SINFONI

Bilder

Kunstnerisk fremstilling av Schwarzschild-presesjon
Kunstnerisk fremstilling av Schwarzschild-presesjon
Banene til stjerner rundt det sorte hullet i sentrum av Melkeveien
Banene til stjerner rundt det sorte hullet i sentrum av Melkeveien
Sentrum av Melkeveien
Sentrum av Melkeveien
Sagittarius A* i stjernebildet Skytten
Sagittarius A* i stjernebildet Skytten

Videoer

ESOcast 219 Light: Stjerne danser rundt et supermassivt sort hull
ESOcast 219 Light: Stjerne danser rundt et supermassivt sort hull
Animasjon av presesjonseffekten til S2
Animasjon av presesjonseffekten til S2
Zoom inn på sentrum av Melkeveien
Zoom inn på sentrum av Melkeveien
Stjernen S2 kommer nærme det sorte hullet i sentrum av Melkeveien
Stjernen S2 kommer nærme det sorte hullet i sentrum av Melkeveien
Interview with Reinhard Genzel (in English)
Interview with Reinhard Genzel (in English)
kun på engelsk
Interview with Reinhard Genzel (in German)
Interview with Reinhard Genzel (in German)
kun på engelsk
Another artist’s impression of S2’s precession effect
Another artist’s impression of S2’s precession effect
kun på engelsk

Se også