Komunikat prasowy

Zobacz jak gwiazdy poruszają się wokół supermasywnej czarnej dziury w Drodze Mlecznej – najdokładniejsze zdjęcia w historii

14 grudnia 2021

Interferometr Bardzo Dużego Teleskopu (VLTI), należący do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO), uzyskał najgłębszy i najostrzejszy jak dotąd obraz obszaru wokół supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej galaktyki. Nowe zdjęcia dają powiększenie 20 razy lepsze niż było możliwe przed obserwacjami VLTI. Pomogły astronomom znaleźć nieznaną do tej pory gwiazdę blisko czarnej dziury. Śledząc orbity gwiazd w centrum Drogi Mlecznej, zespół naukowy dokonał najbardziej precyzyjnych w historii pomiarów masy czarnej dziury.

“Chcielibyśmy dowiedzieć się więcej na temat Sagittarius A*, czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej. Jaką dokładnie ma masę? Czy obraca się? Czy gwiazdy wokół niej zachowują się dokładnie tak, jak spodziewamy się na podstawie ogólnej teorii względności Einsteina? Najlepszym sposobem odpowiedzenia na te pytania jest śledzenie gwiazd na orbitach blisko supermasywnej czarnej dziury. A tutaj pokazujemy, że możemy to robić z precyzją jeszcze większą niż do tej pory” wyjaśnia Reinhard Genzel, dyrektor Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) w Garching (Niemcy), który został uhonorowany Nagrodą Nobla w 2020 roku za badania dotyczące Sagittarius A*. Najnowsze wyniki Genzela i jego zespołu zostały opublikowane dzisiaj w dwóch artykułach w Astronomy & Astrophysics. Poszerzają trzydziestoletnie badania gwiazd orbitujących wokół supermasywnej czarnej dziury w Drodze Mlecznej.

W zadaniu odnalezienia jeszcze więcej gwiazd blisko czarnej dziury, zespół naukowy znany jako współpraca GRAVITY (ang. GRAVITY collaboration), opracował nową technikę analizy, pozwalającą na uzyskanie głębszych i ostrzejszych obrazów centrum Galaktyki. „VLTI daje nam niesamowitą rozdzielczość przestrzenną, a dzięki nowym obrazom docieramy głębiej niż do tej pory. Jesteśmy oszołomieni ilością szczegółów oraz akcją i liczbą gwiazd, które ujawniają wokół czarnej dziury” wyjaśnia Julia Stadler, badaczka z Max Planck Institute for Astrophysics w Garching, która podczas swojej pracy w MPE kierowała wysiłkami zespołu dotyczącymi obrazowania. W szczególności udało się znaleźć gwiazdę nazwaną S300, nieznaną do tej pory, co pokazuje jak potężna jest ta metoda, jeśli chodzi o dostrzeganie bardzo słabych obiektów blisko Sagittarius A*.

Dzięki swoim najnowszym obserwacjom, przeprowadzonym pomiędzy marcem, a lipcem 2021 roku, zespół skupił się na wykonaniu dokładnych pomiarów gwiazd, gdy zbliżały się do czarnej dziury. Obejmuje to rekordzistkę S29, która dokonała największego zbliżenia do czarnej dziury w maju 2021 roku. Przeszła w odległości zaledwie 13 miliardów kilometrów, czyli około 90 razy dalej niż dystans Słońce-Ziemia, z niesamowitą prędkością 8740 kilometrów na sekundę. Żadna inna obserwowana dotąd gwiazda nie przeszła tak blisko, ani nie podróżowała z tak zawrotną prędkością wokół czarnej dziury.

Wykonanie pomiarów i zdjęć było możliwe dzięki GRAVITY, unikalnemu instrumentowi, który opracowano dla VLTI w ramach współpracy. GRAVITY łączy światło z wszystkich czterech 8,2-metrowych teleskopów VLT, używając techniki zwanej interferometrią. Metoda ta jest skomplikowana, „ale na koniec otrzymuje się obrazy 20 razy ostrzejsze niż z pojedynczych teleskopów VLT, ujawniając sekrety centrum Galaktyki” mówi Frank Eisenhauer z MPE, kierownik naukowy GRAVITY.

„Śledzenie gwiazd na bliskich orbitach wokół Sagittarius A* pozwala nam precyzjnie próbkować pole grawitacyjne wokół najbliższej masywnej czarnej dziury względem Ziemi, aby testować ogólną teorię względności i ustalić własności czarnej dziury” tłumaczy Genzel. Nowe obserwacje, w połączeniu z wcześniejszymi danym od tego zespołu, potwierdzają, że gwiazdy poruszają się po trajektoriach przewidzianych przez teorię względności dla obiektów krążących wokół czarnej dziury o masie 4,30 milionów razy większej niż Słońce. Jest to najprecyzyjniejsze jak dotąd oszacowanie masy centralnej czarnej dziury Drogi Mlecznej. Naukowcy byli także w stanie określić dokładniej dystans do Sagittarius A*, ustalając że znajduje się 27 000 lat świetlnych od nas.

Aby uzyskać nowe obrazy, astronomowie wykorzystali technikę uczenia maszynowego zwaną "teorią pola informacyjnego" (ang. Information Field Theory). Opracowali model jak może wyglądać prawdziwe źródło, zasymulowali, w jaki sposób instrument GRAVITY widziałby je i porównali symulacje z faktycznymi obserwacjami z GRAVITY. Pozwoliło to na znalezienie i śledzenie gwiazd wokół Sagittarius A* z niespotykaną głębokością i dokładnością. Dodatkowo, oprócz obserwacji GRAVITY, zespół użył również danych z NACO i  SINFONI, dwóch wcześniejszych instrumentów VLT, a także pomiarów z Keck Observatory i NOIRLab Gemini Observatory w Stanach Zjednoczonych.

W późniejszych latach tego dziesięciolecia instrument GRAVITY zostanie zmodernizowany do GRAVITY+, który także będzie zainstalowany na VLTI i jeszcze bardziej zwiększy czułość w wykrywaniu słabszych gwiazd, nawet jeszcze bliżej czarnej dziury. Badacze chcieliby ostatecznie znaleźć gwiazdy tak blisko, że ich orbity odczuwałyby grawitacyjne efekty spowodowane przez rotację czarnej dziury. Nadchodzący Ekstremalnie Wielkie Teleskop (ELT), konstruowany przez ESO na chilijskiej pustynia Atakama, pozwoli jeszcze lepiej mierzyć prędkości tych gwiazd z bardzo dużą precyzją. „Dzięki połączonej mocy GRAVITY+ oraz ELT, będziemy w stanie dowiedzieć się, jak szybko kręci się czarna dziura” mówi Eisenhauer. „Jak dotąd nikt tego nie dokonał.”

Więcej informacji

Wyniki badań zostały zaprezentowane w dwóch publikacjach GRAVITY Collaboration, które ukażą się w Astronomy & Astrophysics.

Skład zespołu badawczego w przypadku artykułu pt. „The mass distribution in the Galactic Centre from interferometric astrometry of multiple stellar orbits” (doi:10.1051/0004-6361/202142465): R. Abuter (European Southern Observatory, Garching, Niemcy [ESO]), A. Amorim (Universidade de Lisboa - Faculdade de Ciências, Portugalia oraz Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Portugalia [CENTRA]),  M. Bauböck (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Niemcy [MPE] oraz Department of Physics, University of Illinois, USA), J. P. Berger (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble, Francja [IPAG] oraz ESO), H. Bonnet (ESO), G. Bourdarot (IPAG and MPE), W. Brandner (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Niemcy [MPIA]), V. Cardoso (CENTRA oraz CERN, Genève, Szwajcaria), Y. Clénet (Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université de Paris, Meudon, Francja [LESIA]), Y. Dallilar (MPE), R. Davies (MPE), P. T. de Zeeuw (Sterrewacht Leiden, Leiden University [Leiden], Holandia oraz MPE), J. Dexter (Department of Astrophysical & Planetary Sciences, JILA, Duane Physics Bldg.,University of Colorado [Colorado], Boulder, USA), A. Drescher (MPE), A. Eckart (1st Institute of Physics, University of Cologne, Niemcy [Cologne] oraz Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Niemcy), F. Eisenhauer (MPE), N. M. Förster Schreiber (MPE), P. Garcia (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Portugal oraz CENTRA), F. Gao (Hamburger Sternwarte, Universität Hamburg, Niemcy oraz MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE oraz 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]), G. Heißel (LESIA), T. Henning (MPIA), S. Hippler (MPIA), M. Horrobin (Cologne), L. Jochum (ESO Chile), L. Jocou (IPAG), A. Kaufer (ESO Chile), P. Kervella (LESIA), S. Lacour (LESIA), V. Lapeyrère (LLESIA), J.-B. Le Bouquin (IPAG), P. Léna (LESIA), D. Lutz (MPE), T. Ott (MPE), T. Paumard (LESIA), K. Perraut (IPAG), G. Perrin (LESIA), O. Pfuhl (ESO and MPE), S. Rabien (MPE), G. Rodríguez-Coira (LESIA), J. Shangguan (MPE), T. Shimizu (MPE), S. Scheithauer (MPIA), J. Stadler (MPE), O. Straub (MPE), C. Straubmeier (Cologne), E. Sturm (MPE), L. J. Tacconi (MPE), K. R. W. Tristram (ESO Chile), F. Vincent (LESIA), S. von Fellenberg (MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO), S. Yazici MPE oraz Cologne), A. Young (MPE). 

Skład zespołu autorów artykułu pt. „Deep images of the Galactic Center with GRAVITY” (doi:10.1051/0004-6361/202142459): R. Abuter (ESO), P. Arras (Max Planck Institute for Astrophysics [MPA], Garching, Niemcy oraz Department of Physics, Technical University Munich [TUM], Garching, Niemcy), M. Bauböck (MPE oraz Department of Physics, University of Illinois, USA), H. Bonnet (ESO), W. Brandner (MPIA), G. Bourdarot (IPAG and MPE), V. Cardoso (CENTRA and CERN), Y. Clénet (LESIA), P. T. de Zeeuw (Leiden and MPE), J. Dexter (Colorado oraz MPE), Y. Dallilar (MPE), A. Drescher (MPE), A. Eckart (Cologne and Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Niemcy), F. Eisenhauer (MPE), T. Enßlin (MPA), N. M. Förster Schreiber (MPE), P. Garcia (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Portugalia oraz CENTRA), F. Gao (Hamburger Sternwarte, Universität Hamburg, Niemcy oraz MPE),  E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE and Departments of Physics and Astronomy, Le Conte Hall, University of California, Berkeley, USA), S. Gillessen (MPE), M. Habibi (MPE), X. Haubois (ESO Chile), G. Heißel (LESIA), 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), D. Lutz (MPE), T. Ott (MPE) , T. Paumard (LESIA) , K. Perraut (IPAG) , G. Perrin (LESIA) , O. Pfuhl (ESO and MPE), S. Rabien (MPE), J. Shangguan (MPE), T. Shimizu (MPE), S. Scheithauer (MPIA), J. Stadler (MPE , O. Straub (MPE), C. Straubmeier (Cologne), E. Sturm (MPE), L.J. Tacconi (MPE), K. R. W. Tristram (ESO Chile), F. Vincent (LESIA), S. von Fellenberg (MPE), I. Waisberg (Department of Particle Physics & Astrophysics, Weizmann Institute of Science, Izrael oraz MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO), S. Yazici (MPE and Cologne), A. Young (MPE), G. Zins (ESO).

Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) umożliwia naukowcom na odkrywanie tajemnic Wszechświata z korzyścią dla nas wszystkich. Projektujemy, budujemy i zarządzamy światowej klasy obserwatoriami naziemnymi – których astronomowie używają do odpowiadania na ciekawe pytania i szerzenia fascynacji astronomią – a także promujemy międzynarodową współpracę w astronomii. Ustanowione w 1962 roku jako organizacja międzynarodowa, ESO jest wspierane przez 16 krajów członkowskich (Austria, Belgia, Czechy, Dania, Finlandia, Francja, Hiszpania, Irlandia, Holandia, Niemcy, Polska, Portugalia, Szwajcaria, Szwecja, Wielka Brytania oraz Włochy), a także Chile jako kraj gospodarz, oraz Australię jako strategicznego partnera. Siedziba ESO, a także jego centrum popularyzacji nauki i planetarium (ESO Supernova) znajdują się w pobliżu Monachium w Niemczech, natomiast chilijska pustynia Atakama – niesamowite miejsce z wyjątkowymi warunkami do obserwacji nieba – jest domem dla naszych teleskopów. ESO zarządza trzema lokalizacjami obserwacyjnymi w Chile: La Silla, Paranal i Chajnantor. W Paranal ESO posiada teleskop VLT (Very Large Telescope – Bardzo Duży Teleskop) oraz dwa teleskopy do przeglądów nieba. VISTA pracuje w podczerwieni, VLT Survey Telescope w zakresie widzialnym. W Paranal ESO zarządza także południowym obserwatorium CTA (Cherenkov Telescope Array South) – największym na świecie i najbardziej czułym obserwatorium promieniowania gamma. Wspólnie z międzynarodowymi partnerami ESO zarządza także radioteleskopami APEX i ALMA, które są instrumentami do obserwacji nieba w zakresach milimetrowym i submilimetrowym. Na Cerro Armazones, niedaleko Paranal, budujemy „największe oko świata na niebo”, czyli Ekstremalnie Wielki Teleskop (Extremely Large Telescope, ELT). Nasza działalność w Chile jest zarządzania z biur ESO w Santiago, gdzie współpracujemy też z chilijskimi partnerami.

Linki

• Publikacja naukowa nr 1
• Publikacja naukowa nr 2
• Zdjęcia VLT/VLTI
• Dowiedz się więcej na temat Ektremalnie Wielkiego Teleskopu (ELT)
• Dla dziennikarzy: zasubskrybuj aby otrzymywać w swoim języku nasze komunikaty z embargo medialnym
• Dla naukowców: jeśli masz ciekawy temat, zgłoś swoje badania

Kontakt

Reinhard Genzel
Director, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 30000 3281
E-mail: genzel@mpe.mpg.de

Julia Stadler
Max Planck Institute for Astrophysics
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 30000 2205
E-mail: jstadler@mpe.mpg.de

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

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

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel.: +49 89 3200 6670
Tel. kom.: +49 151 241 664 00
E-mail: press@eso.org

Krzysztof Czart (Kontakt dla mediów Polska)
Sieć Popularyzacji Nauki ESO oraz Urania - Postępy Astronomii
Toruń, Polska
Tel.: +48 513 733 282
E-mail: eson-poland@eso.org

Śledź ESO w mediach społecznościowych

Jest to tłumaczenie Komunikatu prasowego ESO eso2119