Pressmeddelande

Dansande stjärna bekräftar Einsteins teori

16 april 2020, Skurup

Observationer med ESO:s Very Large Telescope (VLT) har för första gången visat att en stjärna i omloppsbana kring det supermassiva svarta hålet i Vintergatans centrum rör sig precis som förutsägs av Einsteins allmänna relativitetsteori. Stjärnan rör sig i en rosettliknande bana, inte en ellips som i Newtons gravitationsteori. Detta efterlängtade resultat var möjligt tack vare allt mer exakta observationer under de senaste 30 åren.

Enligt Einsteins allmänna relativitetsteori är banorna kring ett massivt objekt inte slutna, som i Newtons gravitationsteori, utan rör sig framåt i banplanet. Denna välkända effekt, som först kunde ses i planeten Merkurius bana runt solen, utgjorde det första beviset för den allmänna relativitetsteorin. Hundra år senare har vi nu kunnat detektera samma effekt i rörelsen hos en stjärna runt den kompakta radiokällan Sagittarius A* i Vintergatans centrum.

"Detta observationella genombrott stärker indicierna för att Sagittarius A* är ett supermassivt svart hål med en massa som är 4 miljoner gånger större än solens" säger Reinhard Genzel, föreståndare för Max Planckinstitutet för extraterrest fysik (MPE) i Garching, Tyskland, och upphovspersonen till det 30 år långa forskningsprojekt som har lett fram till resultatet.

Sagittarius A*, och den täta hop med stjärnor som kretsar kring den, ligger på 26 000 ljusårs avstånd från solen. Objektet utgör ett unikt laboratorium för att studera extrem fysik i en tidigare outforskad gravitationsregim. En av stjärnorna i hopen, S2, rör sig så nära som 20 miljarder kilometer (120 gånger avståndet mellan jorden och solen) från det svarta hålet och är en av de stjärnor som kommer närmast. Omloppstiden för S2 är 16 år och vid den närmaste punkten rör sig stjärnan med nästan 3 procent av ljushastigheten. "Efter att ha följt stjärnans rörelse under mer än 25 års tid ser vi nu att de extremt noggranna observationerna påvisar S2:s Schwarzschildprecession runt Sagittarius A*" säger Stefan Gliesen vid MPE, som ledde analysen av observationerna som publiceras i dag i Astronomy Astrophysics.

De flesta stjärnor och planeter har ickecirkulära banor och rör sig därför på olika avstånd från de objekt de går i omlopp kring. S2:s bana precesserar, vilket innebär att positionen för den punkt i banan där stjärnan är närmast det svarta hålet förflyttas för varje varv. Därmed roterar banan långsamt och stjärnan rör sig i en rosettformad rörelse. Storleken på denna precession enligt den allmänna relativitetsteorin och observationerna stämmer mycket väl överens. Effekten kallas Schwarzschildprecession och har aldrig tidigare observerats för en stjärna i omloppsbana kring ett supermassivt svart hål.

Observationerna med ESO:s VLT ger också astronomerna möjlighet att lära sig mer om området kring det svarta hålet. "Eftersom stjärnans rörelse följer den allmänna relativitetsteorins förutsägelse så väl kan vi sätta hårda gränser för hur mycket osynligt material, som mörk materia eller mindre svarta hål, som kan finnas runt Sagittarius A*. Detta är av stort intresse för att förstå hur supermassiva svarta hål bildas och utvecklas" säger Guy Perrin och Karine Perrault, ledare för den franska delen av forskarlaget.

Resultatet är kulmen på 27 års observationer av stjärnan S2 med olika instrument på ESO:s VLT i Atacamaöknen i Chile. Forskarna gjorde över 330 positionsbestämningar av stjärnan med hjälp av de tre instrumenten GRAVITY, SINFONI och NACO. Den långa observationstiden var nödvändig för att kunna följa stjärnans rörelse i sin helhet runt det svarta hålet.

Forskningen utfördes av ett internationellt forskarlag under ledning av Frank Eisenhauer vid MPE med deltagare från Frankrike, Portugal, Tyskland och ESO. Forskarna utgör GRAVITY-kollaborationen, namngiven efter ett instrument som de konstruerade för VLT:s interferometer. Denna samlar ljuset från de fyra 8-metersteleskopen för att skapa ett superteleskop med en diameter motsvarande 130 meter. Samma forskarlag rapporterade 2018 en annan effekt som förutsades av den allmänna relativitetsteorin, nämligen att ljuset från S2 förskjuts mot längre (rödare) våglängder när stjärnan passerar nära Sagittarius A*. 

"Vårt tidigare resultat visade att ljuset som sänds ut från stjärnan följer de effekter som förutsägs av den allmänna relativitetsteorin. Nu har vi visat att också stjärnan känner av samma effekter" säger Paulo Garcia, astronom vid Portugals Centrum för astrofysik och gravitation och en av forskningsledarna för GRAVITY-projektet.

Forskarna tror att de med hjälp av det kommande Extremely Large Telescope kommer att kunna se mycket svagare stjärnor som rör sig ännu närmare det supermassiva svarta hålet. "Med lite tur kan vi fånga stjärnor som passerar så nära att de känner av det svarta hålets spinn, alltså dess rotationsrörelse" säger Andreas Eckart från Kölns universitet, även han forskningsledare i projektet. Detta skulle innebära att astronomerna kan bestämma de två storheter, spinn och massa, som karaktäriserar Sagittarius A* och som bestämmer beskaffenheten på rummet och tiden runt det svarta hålet. "Detta skulle innebära ytterligare en helt ny nivå i vår möjlighet att testa de relativistiska effekterna" säger Eckhart.

Mer information

Denna forskning presenteras i artikeln “Detection of the Schwarzschild precession in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole” som publiceras i Astronomy & Astrophysics (DOI: 10.1051/0004-6361/202037813).

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

ESO är Europas främsta mellanstatliga samarbetsorgan för astronomisk forskning och med råge världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det har 16 medlemsländer: Belgien, Danmark, Finland, Frankrike, Irland, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop. VISTA arbetar i infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop och VST (VLT Survey Telescope) är det största teleskopet som konstruerats enbart för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO är en huvudpartner i ALMA, världens hittills största astronomiska projekt. Och på Cerro Armazones, nära Paranal, bygger ESO det extremt stora 39-metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Forskningsartikel
• Foton av VLT
• Webbsidan för MPE:s GRAVITY-instrument
• För forskare: Got a story? Pitch your research paper

Kontakter

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

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

Frank Eisenhauer
Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30000 3563
Mobil: +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
Mobil: +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
Tel: +49 221 470 3546
E-post: eckart@ph1.uni-koeln.de

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

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso2006 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.