Pressemeddelelse

Einsteins Generelle Relativitetsteori holder - også tæt ved supertunge sorte huller

26 års observationer med ESOs instrumenter af Mælkevejens centrum bekræfter det

26. juli 2018

For første gang har astronomerne fået bekræftelse på de virkninger, som er forudsagt af Einsteins Generelle Relativitetsteori for stjerner, som bevæger sig igennem de voldsomme tyngdefelter tæt ved det supertunge sorte hul i centeret af vores Mælkevej. Det er observationer med ESOs Very Large Telescope, som har givet resultatet, som er kulminationen af 26 års observationer med ESOs teleskoper i Chile.

Det supertunge sorte hul, som er tættest på Jorden, er 26 000 lysår borte i Mælkevejens centrum, men det er skjult af tætte skyer af støv. Det monstrøse sorte hul vejer fire millioner gange mere end Solen, og det er omgivet af en sværm af stjerner, som kredser om det med stor fart. Det helt ekstremt kraftige tyngdefelt her - det stærkeste i vores galakse - er det perfekte laboratorium for at afprøve tyngdekraftens fysik, og specielt Einsteins Generelle Relativitetsteori.

Det er nye infrarøde observationer med de meget følsomme instrumenter GRAVITY [1], SINFONI og NACO på ESO’s Very Large Telescope (VLT), som har givet astronomerne muligheden for at følge en af disse stjerner (som har fået navnet S2), imens den passerede meget tæt forbi det sorte hul i maj 2018. Tættest på var stjernen mindre end 20 milliarder kilometer fra det sorte hul, og den susede forbi med en hastighed, som var over 25 millioner kilometer i timen - det er næste tre procent af lysets hastighed[2].

Forskerholdet har sammenlignet positionerne og hastighederne målt med henholdsvis GRAVITY og SINFONI, og har sammenlignet med tidligere observationer af S2 gjort med andre instrumenter. Newtons Love, generel relativitet og andre teorier angående tyngdekræfter er testet, og resultaterne viser klart, at Newtons love ikke er tilstrækkelige, men at der er overordentlig fin overensstemmelse med forudsigelserne gjort med generel relativitet.

Det er et internationalt hold ledet af Reinhard Genzel fra Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) i Garching, Tyskland, som har udført de ekstremt præcise målinger, i samarbejde med partnere over hele Verden; Paris Observatory–PSL, Université Grenoble Alpes, CNRS, Max Planck Institute for Astronomy, University of Cologne, Portuguese CENTRA – Centro de Astrofisica e Gravitação og ESO. Observationsresultaterne er højdepunktet i en serie mere og mere præcise observationer hen over 26 år af Mælkevejens centrum udført med ESO-instrumenter[3].

"Det er anden gang, vi har observeret S2 i tæt passage af det sorte hul i galaksens centrum. Men denne gang har vi meget bedre instrumenter, og derfor kan vi observere stjernen med en aldrig før set nøjagtighed," forklarer Genzel. "Vi har forberedt os omhyggeligt til denne hændelse i de sidste mange år, fordi vi ville have så meget som muligt ud af denne enestående chance for at se effekterne af generel relativitet."

De nye målinger viser klart den effekt, som kaldes gravitationel rødforskydning. Lyset fra stjernen bliver strakt til længere bølgelængder af det meget stærke tyngdefelt fra det sorte hul. Og ændringen i bølgelængden for lyset fra S2 passer præcist med den, som forudsiges i Einsteins Generelle Relativitetsteori. Det er første gang, at denne afvigelse fra forudsigelserne i den enklere Newtonske teori for tyngdekraften er blevet observeret ud fra en stjernes bevægelse omkring et supertungt sort hul.

Forskerne brugte SINFONI til at måle S2's hastighed imod eller væk fra retningen til Jorden, og instrumentet GRAVITY i VLT Interferometeret (VLTI) til at foretage ekstremt præcise bestemmelser af S2's positioner til brug for banebestemmelsen. Med GRAVITY får man et så skarpt billede, at man kan se stjernens bevægelse fra nat til nat under passagen tæt forbi det sorte hul - på en afstand af 26 000 lysår fra Jorden!

"Vore første observationer af S2 med GRAVITY, for omkring to år siden, viste os allerede dengang, at vi rådede over det idelle laboratorium til studiet af sorte huller," tilføjer Frank Eisenhauer (MPE), som er chefforsker (PI) ved GRAVITY og spektrografen SINFONI. "I løbet af den tætte passage kunne vi endda observere den svage glød omkring det sorte hul på de fleste af billederne. Det gav os mulighed for præcist at følge stjernen i dens bane, og dermed til at kunne måle den gravitationelle rødforskydning i spektret for S2."

Mere end hundrede år efter offentliggørelsen af den artikel, som fastlægger formlen for den generelle gravitation, er Einstein blevet bekræftet endnu en gang - i et laboratorium så ekstremt, så han næppe kunne have forestillet sig det.

Françoise Delplancke, som leder System Engineering Department at ESO, forklarer hvorfor observatioonerne her er så vigtige: "Her i vores eget Solsystem kan vi kun afprøve de fysiske love lige nu, og under særlige omstændigheder. Derfor er det meget vigtigt, at vi i astronomien også kan tjekke, at de samme love også gælder langt væk, langt tilbage i tiden og steder, hvor tyngdefelterne er meget kraftigere."

Forskerholdet fortsætter arbejdet, og forventer, at der også meget snart kan findes bekræftelse for en anden relativistisk effekt; det, som kaldes Schwarzschildpræcessionen, når S2 bevæger sig væk fra det sorte hul.

Xavier Barcons, ESOs Generaldirektør, slutter: “ESO har samarbejdet med Reinhard Genzel og hans hold og med partnere i ESOs medlemstater i over et kvart århundrede. Det har været en enorm udfordring at udvikle de enestående instrumenter, som har været nødvendige for at indsamle disse meget fine målinger, og at få dem til at fungere ved VLT på Paranal. Det, vi fortæller her idag er det spændende resultat af et helt enestående samarbejde."

Noter

[1] GRAVITY er udvikliet i et samarbejde mellem Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (Tyskland), LESIA ved Paris Observatory–PSL / CNRS / Sorbonne Université / Univ. Paris Diderot and IPAG of Université Grenoble Alpes / CNRS (Frankrig), Max Planck Institute for Astronomy (Tyskland), University of Cologne (Tyskland), CENTRA–Centro de Astrofisica e Gravitação (Portugal) og ESO.

[2] S2 kredser om det sorte hul på 16 år i en meget aflang bane, som bringer stjernen indenfor en afstand på tyve milliarder kilometer - det er 120 gange afstanden imellem Jorden og Solen - når den er tættest på det sorte hul. Den afstand svarer til omkring 1500 gange det sorte huls Schwarzschild radius.

[3] Man må observere Mælkevejens centrum i lange bølgelængder (i dette tilfælde i infrarødt lys) fordi støvet i skyerne imellem Jorden og centralområdet kraftigt opsluger det synlige lys.

Mere information

Forskningsresultatet her er offentliggjort i en artikel med titlen “Detection of the Gravitational Redshift in the Orbit of the Star S2 near the Galactic Centre Massive Black Hole“, af GRAVITY Collaboration, i tidsskriftet Astronomy & Astrophysics den 26. juli 2018.

GRAVITY Collaboration-holdet består af: R. Abuter (ESO, Garching, Tyskland), A. Amorim (Universidade de Lisboa, Lisbon, Portugal), N. Anugu (Universidade do Porto, Porto, Portugal), M. Bauböck (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Tyskland [MPE]), M. Benisty (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Frankrig [IPAG]), J.P. Berger (IPAG; ESO, Garching, Tyskland), N. Blind (Observatoire de Genève, Université de Genève, Versoix, Schweiz), H. Bonnet (ESO, Garching, Tyskland), W. Brandner (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Tyskland [MPIA]), A. Buron (MPE), C. Collin (LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, Meudon, Frankrig [LESIA]), F. Chapron (LESIA), Y. Clénet (LESIA), V. Coudé du Foresto (LESIA), P. T. de Zeeuw (Sterrewacht Leiden, Leiden University, Leiden, Nedelandene; MPE), C. Deen (MPE), F. Delplancke-Ströbele (ESO, Garching, Tyskland), R. Dembet (ESO, Garching, Tyskland; LESIA), J. Dexter (MPE), G. Duvert (IPAG), A. Eckart (University of Cologne, Cologne, Tyskland; Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Tyskland), F. Eisenhauer (MPE), G. Finger (ESO, Garching, Tyskland), N.M. Förster Schreiber (MPE), P. Fédou (LESIA), P. Garcia (Universidade do Porto, Porto, Portugal; Universidade de Lisboa Lisboa, Portugal), R. Garcia Lopez (MPIA), F. Gao (MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE; University of California, Berkeley, California, USA), S. Gillessen (MPE), P. Gordo (Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugal), M. Habibi (MPE), X. Haubois (ESO, Santiago, Chile), M. Haug (ESO, Garching, Tyskland), F. Haußmann (MPE), Th. Henning (MPIA), S. Hippler (MPIA), M. Horrobin (University of Cologne, Cologne, Tyskland), Z. Hubert (LESIA; MPIA), N. Hubin (ESO, Garching, Tyskland), A. Jimenez Rosales (MPE), L. Jochum (ESO, Garching, Tyskland), L. Jocou (IPAG), A. Kaufer (ESO, Santiago, Chile), S. Kellner (Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Tyskland), 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, Tyskland), E. Müller (ESO, Garching, Tyskland; MPIA), U. Neumann (MPIA), T. Ott (MPE), L. Palanca (ESO, Santiago, Chile), T. Paumard (LESIA), L. Pasquini (ESO, Garching, Tyskland), K. Perraut (IPAG), G. Perrin (LESIA), O. Pfuhl (MPE), P.M. Plewa (MPE), S. Rabien (MPE), 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, Tyskland), N. Schuler (ESO, Santiago, Chile), J. Spyromilio (ESO, Garching, Tyskland), O. Straub (LESIA), C. Straubmeier (University of Cologne, Cologne, Tyskland), E. Sturm (MPE), L.J. Tacconi (MPE), K.R.W. Tristram (ESO, Santiago, Chile), F. Vincent (LESIA), S. von Fellenberg (MPE), I. Wank (University of Cologne, Cologne, Tyskland), I. Waisberg (MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), M. Wiest (University of Cologne, Cologne, Tyskland), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO, Garching, Tyskland), S. Yazici (MPE; University of Cologne, Cologne, Tyskland), D. Ziegler (LESIA) and G. Zins (ESO, Santiago, Chile).

ESO er den fremmeste fællesnationale astronomiorganisation i Europa, og verdens langt mest produktive jordbaserede astronomiske observatorium. 16 lande er med i ESO: Belgien, Brazilien, Danmark, Finland, Frankrig, Italien, Nederlandene, Polen, Portugal, Spanien, Sverige, Schweiz, Storbritannien, Tjekkiet, Tyskland og Østrig, og desuden værtsnationen Chile. ESO har et ambitiøst program, som gør det muligt for astronomer at gøre vigtige videnskabelige opdagelser. Programmet har focus på design, konstruktion og drift af stærke jordbaserede observatorier. Desuden har ESO en ledende rolle i formidling og organisering af samarbejde omkring astronomisk forskning. ESO driver tre enestående observatorier i verdensklasse i Chile: La Silla, Paranal og Chajnantor. På Paranal driver ESO VLT, Very Large Telescope, som er verdens mest avancerede observatorium for synligt lys, samt to oversigtsteleskoper. VISTA, som observerer i infrarødt, er verdens største oversigtsteleskop, og VLT Survey Teleskopet er det største teleskop bygget til at overvåge himlen i synligt lys. ESO er en af de største partnere i ALMA, som er det største eksisterende astronomiprojekt. For tiden bygges ELT, et 39 m optisk og nærinfrarødt teleskop på Cerro Armazones, tæt ved Paranal. Det bliver "verdens største himmeløje".

Links

• Originalartiklen i Astronomy & Astrophysics
• Preprint af artiklen i A&A
• Fotos af VLT
• GRAVITY webpages fra Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
• Successful first observations of the galactic centre with GRAVITY
• Tidligere observationer med GRAVITY

Kontakter

Reinhard Genzel
Director, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel: +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
Tel: +49 (89) 30 000 3563
E-mail: eisenhau@mpe.mpg.de

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

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +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
Tel: +49 (89) 30 000 3980
E-mail: hannelore.haemmerle@mpe.mpg.de

Ole J. Knudsen (Pressekontakt Danmark)
ESOs formidlingsnetværk og Aarhus Space Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: +45 8715 5597
E-mail: eson-denmark@eso.org

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso1825 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.