Tiedote

Kaukaisen mustan aukon massan mittaus osoittaa GRAVITY+:n potentiaalin

29. tammikuuta 2024

Tähtitieteilijät ovat ensimmäistä kertaa mitanneet suoraan kaukaisen mustan aukon massan. Musta aukko on niin kaukana, että sen ympäriltä tulevalta valolta kestää melkein 11 miljardia vuotta saavuttaa meidät. Saksassa sijaitsevan Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics -instituutin Taro Shimizun johtama ryhmä havaitsi, että mustan aukon nimeltään J0920, massa on noin 320 miljoonaa kertaa suurempi kuin Auringon massa. Tutkimus esitellään tänään Nature-lehdessä julkaistussa artikkelissa, ja se on ollut mahdollista ESO:n Very Large Telescope Interferometer (VLTI) -kaukoputken ja sen GRAVITY-instrumentille tehtyjen GRAVITY+-päivitysten ansiosta.

Teleskooppien avulla tähtitietelijät havaitsivat suoraan mustan aukon ympärillä olevan kaasun ja tähtien liikettä, minkä avulla he mittasivat mustan aukon massan. Mitä nopeammin kaasu ja tähdet liikkuvat, sitä enemmän massaa on materian kiertoradan sisäpuolella. Tätä tekniikkaa on käytetty läheisten mustien aukkojen massojen määrittämisessä, kuten Linnunradan keskellä olevan mustan aukon massan mittaamiseen. Hyvin kaukaisilla etäisyyksillä tätä liikettä on kuitenkin erittäin vaikea havaita. Tämän takia vastaavia suoria mittauksia kaukana sijaitsevien mustien aukkojen massoista ei ole ollut mahdollista aikaisemmin tehdä. Kaukaiset mustat aukot ovat ikkuna maailmankaikkeuden historian ajanjaksoon, jolloin galaksit ja mustat aukot kasvoivat nopeasti.

J0920:n massan suora mittaaminen oli mahdollista vain GRAVITY+:n ensimmäisen vaiheen päivitysten avulla. Näiden päivitysten ansiosta tähtitieteilijät pystyivät havaitsemaan mustan aukon ympärillä olevaa himmeää, kaukana olevaa kaasua tarkemmin kuin koskaan aiemmin käyttämällä tekniikkaa, jota kutsutaan nimellä "wide-field, off-axis fringe tracking". J0920:n massan tarkka mittaaminen on ensimmäinen askel, jonka avulla tähtitieteilijät ymmärtävät, miten mustat aukot ja galaksit kasvoivat yhdessä aikana, jolloin maailmankaikkeus oli vain muutaman miljardin vuoden ikäinen ja galaksit olivat vasta muodostumassa. Massan määritys paljasti, että J0920:n musta aukko on noin neljä kertaa vähemmän massiivinen kuin sen isäntägalaksin massan perusteella odotettiin. Tämä viittaa siihen, että mustan aukon massan kasvu on viivästynyt ympäröivän galaksin massan kasvuun verrattuna.

GRAVITY+ käyttää interferometriaa, jossa yhdistetään neljästä 8-metrisestä Unit Telescope, eli UT-teleskoopista, tuleva valo. Teleskoopit ovat osa VLTI:tä. Valmistuttuaan GRAVITY+ käyttää päivitettyä adaptiisen optiikan tekniikkaa, joka mahdollistaa Maan ilmakehän aiheuttaman epätarkkuuden paremman korjaamisen ja parantaa havaintojen kontrastia. GRAVITY+:ssa otetaan myös käyttöön yksi uusi laser aputähti jokaiseen UT1-3:een ja siinä hyödynnetään yhtä UT4:ään tällä hetkellä asennetuista lasereista. Näiden päivitysten avulla voidaan havaita nykyistä heikompia ja kaukaisempia kohteita.

GRAVITY+:n päivitykset toteutetaan vaiheittain, jotta VLTI:n tieteelliseen toimintaan aiheutuisi mahdollisimman vähän häiriöitä. Näin tähtitieteilijät voivat myös jatkuvasti testata GRAVITY+:n suorituskykyä sen käyttöönoton yhteydessä. Kaikki päivitykset saataneen päätökseen vuonna 2025. Uusista ominaisuuksista hyötyvät kaikki nykyiset ja tulevat VLTI-instrumentit ja niitä käyttävät tutkijat.

Lisätietoja

Tämä tutkimus on esitelty artikkelissa, joka julkaistaan Nature-lehdessä nimellä “A dynamical measurement of the supermassive black hole mass in a quasar 11 billion years ago”.

Tutkimuksessa mukana ovat olleet seuraavat tahot: R. Abuter (European Southern Observatory, Garching, Saksa [ESO]), F. Allouche (Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Lagrange, Ranska [Lagrange]), A. Amorim (Universidade de Lisboa - Faculdade de Ciências, Portugal ja Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Portugal [CENTRA]), C. Bailet (Lagrange), A. Berdeu (Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université de Paris, Ranska [LESIA]), J. P. Berger (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Ranska [UGA]), P. Berio (Lagrange), A. Bigioli (Institute of Astronomy, KU Leuven, Belgia [KU Leuven]), O. Boebion (Lagrange), M.-L. Bolzer (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Saksa [MPE], Department of Physics, Technical University Munich, Saksa [TUM] ja Univ. Lyon, ENS de Lyon, CNRS, Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, Ranska [CRAL]), H. Bonnet (ESO), G. Bourdarot (MPE), P. Bourget (European Southern Observatory, Chile [ESO Chile]), W. Brandner (Max Planck Institute for Astronomy, Saksa [MPIA]), Y. Cao (MPE), R. Conzelman (ESO), M. Comin (ESO), Y. Clénet (LESIA), B. Courtney-Barrer (ESO Chile and Research School of Astronomy and Astrophysics, College of Science, Australian National University, Australia [ANU]), R. Davies (MPE), D. Defrère (KU Leuven), A. Delboulbé (UGA), F. Delplancke-Ströbele (ESO), R. Dembet (LESIA), J. Dexter (Department of Astrophysical & Planetary Sciences, JILA, University of Colorado, Yhdysvallat), P. T. de Zeeuw (Leiden University, Alankomaat), A. Drescher (MPE), A. Eckart (Max Planck Institute for Radio Astronomy, Saksa [MPIfR] ja 1st Institute of Physics, University of Cologne, Saksa [Cologne]), C. Édouard (LESIA), F. Eisenhauer (MPE), M. Fabricius (MPE), H. Feuchtgruber (MPE), G. Finger (MPE), N. M. Förster Schreiber (MPE), P. Garcia (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Portugal [FEUP] ja CENTRA), R. Garcia Lopez (School of Physics, University College Dublin, Irlanti), F. Gao (MPIfR), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE ja Departments of Physics and Astronomy, University of California, Yhdysvallat), J.P. Gil (ESO Chile), S. Gillessen (MPE), T. Gomes (CENTRA ja FEUP), F. Gonté (ESO), C. Gouvret (Lagrange), P. Guajardo (ESO Chile), S. Guieu (IPAG), W. Hackenberg (ESO), N. Haddad (ESO Chile), M. Hartl (MPE), X. Haubois (ESO Chile), F. Haußmann (MPE), G. Heißel (LESIA and Advanced Concepts Team, European Space Agency, TEC-SF, ESTEC, Alankomaat), T. Henning (MPIA), S. Hippler (MPIA), S.F. Hönig (School of Physics & Astronomy, University of Southampton, Yhdistynyt kuningaskunta [Southampton]), M. Horrobin (Cologne), N. Hubin (ESO), E. Jacqmart (Lagrange), L. Jocou (IPAG), A. Kaufer (ESO Chile), P. Kervella (LESIA), J. Kolb (ESO), H. Korhonen (ESO Chile), S. Lacour (ESO and LESIA), S. Lagarde (Lagrange), O. Lai (Lagrange), V. Lapeyrère (LESIA), R. Laugier (KU Leuven), J.-B. Le Bouquin (IPAG), J. Leftley (Lagrange), P. Léna (LESIA), S. Lewis (ESO), D. Liu (MPE), B. Lopez (Lagrange), D. Lutz (MPE), Y. Magnard (IPAG), F. Mang (MPE ja TUM), A. Marcotto (Lagrange), D. Maurel (IPAG), A. Mérand (ESO), F. Millour (Lagrange), N. More (MPE), H. Netzer (School of Physics and Astronomy, Tel Aviv University, Israel [TAU]), H. Nowacki (IPAG), M. Nowak (Institute of Astronomy, University of Cambridge, Yhdistynyt kuningaskunta), S. Oberti (ESO), T. Ott (MPE), L. Pallanca (ESO Chile), T. Paumard (LESIA), K. Perraut (IPAG), G. Perrin (LESIA), R. Petrov (Lagrange), O. Pfuhl (ESO), N. Pourré (IPAG), S. Rabien (MPE), C. Rau (MPE), M. Riquelme (ESO), S. Robbe-Dubois (Lagrange), S. Rochat (IPAG), M. Salman (KU Leuven), J. Sanchez-Bermudez (Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México, Meksiko ja MPIA), D.J.D. Santos (MPE), S. Scheithauer (MPIA), M. Schöller (ESO), J. Schubert (MPE), N. Schuhler (ESO Chile), J. Shangguan (MPE), P. Shchekaturov (ESO), T.T. Shimizu (MPE), A. Sevin (LESIA), F. Soulez (CRAL), A. Spang (Lagrange), E. Stadler (IPAG), A. Sternberg (TAU ja Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute, Yhdysvallat), C. Straubmeier (Cologne), E. Sturm (MPE), C. Sykes (Southampton), L.J. Tacconi (MPE), K.R.W. Tristram (ESO Chile), F. Vincent (LESIA), S. von Fellenberg (MPIfR), S. Uysal (MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO), ja G. Zins (ESO).

Seuraavat instituutit ovat yhdessä ESO:n kanssa suunnitelleet ja tehneet GRAVITY+:n uudistukset:

Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics; Max Planck Institute for Astronomy; University of Cologne (Saksa)
Institut National des Sciences de l'Univers, French National Center for Scientific Research; Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble; Laboratoire d’Etudes Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique; Lagrange Laboratory; the Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (Ranska)
Instituto Superior Técnico’s Centre for Astrophysics and Gravitation; University of Lisbon; University of Porto (Portugal)
University of Southampton (Yhdistynyt kuningaskunta)
Katholieke Universiteit Leuven (Belgia)