Pressemeddelelse

ESO-teleskop fanger stjernedans omkring supertungt sort hul – Einstein havde ret

16. april 2020

Observationer foretaget med ESO’s Very Large Telescope (VLT) har for første gang afsløret, at en stjerne, der er i kredsløb om det supertunge sorte hul i Mælkevejens kerne, bevæger sig som forudset ud fra Einsteins relativitetsteori. Dens bane er formet som en rosette og ikke som en ellipse som forudset af Newtons teori om tyngdekraft. Det længeventede resultat blev gjort muligt af flere præcise målinger over næsten 30 år, og det har gjort det muligt for forskerne at løse og undersøge mysterierne, som knytter sig til de voldsomme begivenheder, der lurer i hjertet af vores galakse.

 

“Einsteins relativitetsteori forudser, at bundne baner af ét objekt omkring et andet ikke er lukkede som i Newtons tyngdelov, men fortsætter fremad i bevægelsesplanet. Denne kendte effekt – først set i Merkurs bane omkring Solen – var det første bevis for relativitetsteorien. Hundrede år senere har vi nu opdaget samme effekt i bevægelserne i en stjerne, der kredser om den kompakte radiokilde Sagittarius A* i Mælkevejens kerne. Dette gennembrud styrker beviset for, at Sagittarius A* må være et supertungt sort hul på 4 millioner gange Solens masse,” siger arkitekten bag det 30 år lange program, der førte til resultatet, Reinhard Genzel, som er direktør for Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) i Garching, Tyskland.

26.000 lysår fra Solen danner Sagittarius A* og den tætte stjerneklynge omkring det et unikt laboratorium til test af fysik, som eksisterer, når tyngdekraften bliver ekstrem høj. En af disse stjerner, S2, bevæger sig ind mod det supertunge sorte hul - som findes i Mælkevejens centrum - og når ind til en afstand, der er mindre end 20 milliarder kilometer (hundrede og tyve gange afstanden mellem Solen og Jorden), hvilket gør den til en af de tætteste stjerner, der nogensinde er fundet i kredsløb omkring det tunge sorte hul. Når S2 er tættest på det sorte hul, bevæger den sig gennem rummet med en hastighed på næsten tre procent af lysets hastighed, og det betyder, at S2 afslutter én omkredsning hver 16. år. ”Efter at have fulgt stjernen i dens bane i mere end to og et halvt årti viser vores udsøgte målinger S2’s såkaldte Schwarzschild-præcision på dens vej rundt om Sagittarius A*,” siger MPE’s Stefan Gillessen, som var leder af analysen af målingerne, der offentliggøres i dag i Astronomy & Astrophysics.

De fleste stjerner og planeter har en ikke-cirkulær ellipsebane og bevæger sig derfor tættere på og længere væk fra det objekt, de roterer omkring. S2’s bane præcisserer, hvilket betyder, at punktet, hvor den er tættest på det supertunge sorte hul, ændrer sig med hver runde, så den næste bane drejes i forhold til den sidste bane, og dermed bliver banen rosetformet. Relativitetsteorien giver en præcis forudsigelse af, hvor meget banen ændres, og de seneste målinger fra denne undersøgelse matcher teorien fuldstændigt. Effekten, kendt som Schwarzschild-præcession, er aldrig før blevet målt for en stjerne omkring et supertungt sort hul.

Studiet med ESO’s VLT hjælper også videnskabsfolk med at lære mere om det supertunge sorte huls tæthed i kernen af vores galakse. ”Fordi S2-målingerne følger relativitetsteorien så fint, kan vi indstille konsistente grænser for, hvor meget usynligt materiale, som for eksempel spredt mørkt stof eller mulige mindre sorte huller, der er til stede omkring Sagittarius A*. Det er af stor interesse for at forstå dannelsen og udviklingen af supertunge sorte huller,” siger Guy Perrin og Karine Perraut, de franske hovedforskere på projektet.

Resultatet er kulminationen af 27 års observationer af S2-stjernen med – i størstedelen af tiden – flere instrumenter på ESO’s VLT, der er i Atacamaørkenen i Chile. Antallet af datapunkter, som markerer stjernens position og hastighed, vidner om grundigheden og nøjagtigheden i den nye undersøgelse: holdet lavede over 330 målinger i alt ved hjælp af GRAVITY, SINFONI og NACO-instrumenterne. Fordi S2 tager flere år om at komme rundt om det supertunge sorte hul, var det vigtigt at følge stjernen i næsten tre årtier for at afsløre udviklingen i dens banebevægelse.

Forskningen blev udført af et internationalt hold med Frank Eisenhauer fra MPE i spidsen og samarbejdspartnere fra Frankrig, Portugal, Tyskland og ESO. Samarbejdspartnerne arbejder desuden sammen i GRAVITY-projektet, som er opkaldt efter instrumentet, holdet udviklede til VLT Interferometeret, og som kombinerer lyset fra alle fire 8-meter VLT-teleskoper til et superteleskop (med en opløsning, der svarer til opløsningen på et teleskop, som er 130 meter i diameter). Det samme hold reporterede i 2018 en anden effekt, der også var forudset af relativitetsteorien: de så lyset fra S2 blive strakt til længere bølgelængder, mens stjernen passerede tæt på Sagittarius A*. ”Vores tidligere resultat har vist, at lyset, der udsendes fra stjernen, følger relativitetsteorien,” siger Paulo Garcia, som er en af hovedforskerne i GRAVITY-projektet samt.forsker ved Portugals Centre for Astrophysics and Graviation.

Med ESO’s kommende Extremely Large Telescope forventer holdet, at de får mulighed for at se langt svagere stjerner kredse tættere på det supertunge sorte hul. ”Hvis vi er heldige, kan vi måske fange stjerner så tæt på, at de faktisk påvirkes af rotationen, spinnet, i det sorte hul,” siger en anden af projektets hovedforskere, Andreas Eckart fra universitetet i Köln, Cologne University. Det vil betyde, at astronomer kan måle to vigtge størrelser, rotation og masse, som karakteriserer Sagittarius A*, som beskriver rummet og tiden omkring det. ”Det ville være et helt andet niveau af tests af relativitet,” siger Eckart.

Mere information

 

Forskningen blev præsenteret i artiklen “Detection of the Schwarzschild precession in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole” i Astronomy & Astrophysics (DOI: 10.1051/0004-6361/202037813).

Holdet bag GRAVITY-samarbejdet er sammensat af 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, Frankrig [IPAG] og ESO), H. Bonnet (ESO), W. Brandner (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Tyskland [MPIA]), V. Cardoso (CENTRA and CERN, Genève, Schweiz), Y. Clénet (Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université de Paris, Meudon, Frankrig [LESIA], P.T. de Zeeuw (Sterrewacht Leiden, Leiden University, Holland 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 [Köln] 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, Storbritannien og 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, Köln).

ESO er den fremmeste fællesnationale astronomiorganisation i Europa, og verdens langt mest produktive jordbaserede astronomiske observatorium. 16 lande er med i ESO: Belgien, Danmark, Finland, Frankrig, Irland, Italien, Nederlandene, Polen, Portugal, Spanien, Sverige, Schweiz, Storbritannien, Tjekkiet, Tyskland og Østrig, og desuden værtsnationen Chile. Australien er med som strategisk partner. ESO har et ambitiøst program, som gør det muligt for astronomer at gøre vigtige videnskabelige opdagelser. Programmet har fokus 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

• Forskningsartikel
• Billeder af VLT
• MPE GRAVITY-hjemmeside
• Til forskere: Har du en historie? Pitch din artikel

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

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-mail: 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-mail: 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-mail: pgarcia@fe.up.pt

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

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

Andreas Eckart
1st Institute of Physics, University of Cologne
Cologne, Germany
Tel: +49 221 470 3546
E-mail: 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-mail: pio@eso.org

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 eso2006 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.