Lehdistötiedote

ESO:n teleskooppi näkee tähden tanssivan supermassiivisen mustan aukon ympärillä osoittaen Einsteinin olevan oikeassa.

16. huhtikuuta 2020

ESO:n Very Large Telescope eli VLT-kaukoputken tekemät havainnot ovat ensimmäistä kertaa paljastaneet, että Linnunradan keskustaa kiertävä tähti liikuu aivan Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian ennusteiden mukaisesti. Tähden rata muistuttaa muodoltaan ruusuketta, eikä se ole ellipsin muotoinen, kuten Newtonin gravitaatioteoria ennustaa. Tämä kauan odotettu tulos tuli mahdolliseksi lähes kolmen vuosikymmenen aikana tehtyjen tarkkojen mittausten ansiosta, jotka ovat mahdollistaneet galaksimme ytimessä lymyilevän hirviön salaisuuksien tutkimisen.

“Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria ennustaa, että kappaleen kiertäessä toista kappaletta sidotulla radalla sen muoto ei ole suljettu, kuten Newtonin gravitaatioteoriassa, vaan rata prekessoi ratatasossa eteenpäin. Tämä kuuluisa ensimmäiseksi Merkuriuksen radassa nähty efekti oli ensimmäinen yleisen suhteellisuusteorian puolesta esitetty todiste. Sata vuotta myöhemmin olemme nähneet saman efektin tähden liikkeessä sen kiertäessä Linnunradan keskustassa sijaitsevaa kompaktia radiolähdettä. Tämä havaintoihin liittyvä läpimurto lisää todisteita sen puolesta, että Sagittarius A*:n täytyy olla neljä miljoonaa Auringon massaa painava supermassiivinen musta-aukko", tähän tulokseen johtaneen 30-vuotta kestäneen ohjelman pääarkkitehti Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics eli MPE:n johtaja Reinhard Genzel Garchingsta Saksasta sanoi.

Sagittarius A* ja sen ympärillä oleva tiheä tähtijoukko 26000 valovuoden etäisyydellä Auringosta toimivat ainutlaatuisena laboratoriona muutoin piilossa olevien äärimmäisten gravitaatioympäristöjen tutkimiselle. Yksi näistä tähdistä, eli S2 pyyhkäisee radallaan supermassiivisen mustan aukon läheltä alle 20 miljardin kilometrin etäisyydeltä (satakaksikymmentä kertaa Auringon ja Maan välinen etäisyys). Se on yksi lähimmistä tähdistä, jonka tiedetään kiertävän tätä massiivista jättiläistä. Sen ollessa lähimpänä mustaa-aukkoa, S2 viilettää avaruuden läpi nopeudella, mikä vastaa lähes kolmea prosenttia valon nopeudesta. Yhteen ratakierrokseen kuluu aikaa noin 16 vuotta. “Seurattuamme tähteä sen radalla yli kahden ja puolen vuosikymmenen ajan, ainutlaatuiset havaintomme paljastavat selkeästi S2:n Schwarzschildin prekession sen kiertäessä Sagittarius A*:ä,” Stefan Gillessen MPE:stä sanoi. Hän johti Astronomy & Astrophysics-lehdessä tänään julkaistujen havaintojen analyysiä.

Useimmilla tähdillä ja planeetoilla on ympyrästä poikkeavat radat ja siten ne liikkuvat välillä lähempänä ja välillä kauempana. S2:n rata prekessoi, eli radan  lähimmän pisteen paikka muuttuu joka kierroksella sen kiertäessä supermassiivista mustaa aukkoa. Prekessiossa rata kiertyy ja muodostaa ruusuketta muistuttavan kuvion. Radan muutokselle voidaan tehdä tarkka ennuste yleisen suhteellisuusteorian avulla ja tämän tutkimuksen havainnot ovat täysin yhteensopivia teorian kanssa. Tämä ilmiö tunnetaan myös nimellä Schwarzschildin prekessio ja sitä ei olla koskaan aikaisemmin nähty supermassiivista mustaa-aukkoa kiertävän tähden liikkeessä.

ESO:n VLT-kaukoputken avulla tehty tutkimus antaa tutkijoille myös lisätietoja galaksimme keskustan supermassiivisesta mustasta-aukosta. “Koska S2:sta tehdyt havainnot seuraavat niin hyvin yleisen suhteellisuusteorian ennustuksia, niin voimme asettaa tiukat rajat sille paljonko näkymätöntä materiaa, kuten pimeää ainetta tai mahdollisia pieniä mustia-aukkoja Sagittarius A*:n ympäristössä voi olla. Tällä on suuri merkitys supermassiivisten mustien aukkojen muodostumisen ja kehityksen ymmärtämiselle”, projektin Ranskalaiset päätutkijat Guy Perrin ja Karine Perraut sanoivat.

Tämä tulos on huipentuma S2 tähdestä 27 vuoden aikana tehdyille havainnoille, joissa on suuremmaksi osaksi aikaa käyetty ESO:n VLT:n instrumentteja, jotka sijaitsevat Atacaman autiomaassa Chilessä. Useat mittapisteet tähden paikasta ja nopeudesta ovat todisteena tämän uuden tutkimuksen tarkkuudesta ja perinpohjaisuudesta. Ryhmä teki kaiken kaikkiaan yli 330 havaintoa, joissa käyettiin GRAVITY-, SINFONI- ja NACO-instrumentteja. Koska  S2:lta kuluu vuosia supermassiivisen mustan aukon kiertämiseen, niin tähden seuraaminen lähes kolmen vuosikymmenen ajan oli välttämätöntä. Vain siten rataliikkeen pienet yksityiskohdat saatiin paljastettua.

Tutkimuksen tekijänä toimi kansainvälinen tiimi, jonka johtajana oli Frank Eisenhauer MPE:stä. Yhteistyökumppaneja oli Ranskasta, Portugalista, Saksasta ja ESO:sta. Ryhmä muodostaa GRAVITY-kollaboraation, joka on nimetty heidän kehittämänsä VLT-instrumentin mukaan. GRAVITY on ESO:n uusin isntrumentti ja sen avulla yhdistetään valo kaikista neljästä 8-metrin VLT-teleskoopista yhdeksi super-teleskoopiksi, jolloin sen erotuskyky vastaa teleskooppia, jonka halkaisja on 130 metriä. Sama ryhmä raportoi vuonna 2018 toisesta yleisen suhteellisuusteorian ennustamasta ilmiöstä, jossa he näkivät S2:sta tulevan valon venyvän kohti pidempiä aallonpituuksia, kun tähti kulki Sagittarius A*:n läheltä. “Aikaisempi tuloksemme on osoittanut, että tähdestä itsestään tuleva valo kokee yleisen suhteellisuusteorian ennustaman vaikutuksen", yksi GRAVITY-projektin päätutkijoista Paulo Garcia Portugalin 'Centre for Astrophysics and Gravitation'-yksiköstä sanoi.

Tutkimusryhmä uskoo, että ESO:n tulevan Extremely Large Telescope kaukoputken avulla he pystyvät näkemään paljon himmeämpien tähtien kiertävän vielä lähempänä mustaa-aukkoa. “Jos olemme onnekkaita, niin voimme nähdä tähden riittävän lähellä, jotta se pystyy tuntemaan mustan aukon pyörimisen eli spinin”, toinen projektin päätutkijoista Andreas Eckart Cologne yliopistosta sanoi. Tämä merkitsisi sitä, että tähtitieteilijät pystyisivät mittaamaan kaksi suuretta, eli spinin ja massan, jotka yhdessä määrittävät Sagittarius A*:n ominaisuudet ja siten määräävät myös sen ympärillä olevan aika-avaruuden ominaisuudet. “Se olisi taas täysin uudenlainen taso yleisen suhteellisuusteorian testaamiselle", Eckart sanoi.

Lisätietoa

Tämä tutkimus esiteltiin artikkelissa “Detection of the Schwarzschild precession in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole”, joka ilmestyy Astronomy & Astrophysics lehdessä.

GRAVITY-kollaboraatiossa mukana ovat seuraavat tahot: R. Abuter (European Southern Observatory, Garching, Saksa [ESO]), A. Amorim (Universidade de Lisboa - Faculdade de Ciências, Portugal and Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Portugali [CENTRA]), M. Bauböck (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Saksa [MPE]), J.P. Berger (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble, Ranska [IPAG] ja ESO), H. Bonnet (ESO), W. Brandner (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Saksa [MPIA]), V. Cardoso (CENTRA and CERN, Genève, Sveitsi), Y. Clénet (Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université de Paris, Meudon, Ranska [LESIA], P.T. de Zeeuw (Sterrewacht Leiden, Leiden University, Hollanti ja MPE), J. Dexter (Department of Astrophysical & Planetary Sciences, JILA, Duane Physics Bldg.,University of Colorado, Boulder, USA ja MPE), A. Eckart (1st Institute of Physics, University of Cologne, Saksa [Cologne] ja Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Saksa), F. Eisenhauer (MPE), N.M. Förster Schreiber (MPE), P. Garcia (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Portugal ja 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, UK ja 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 ja MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO), ja S. Yazici (MPE, Cologne).

ESO on Euroopan johtava hallitustenvälinen tähtitieteen organisaatio ja ylivoimaisesti maailman tieteellisesti tuotteliain tähtitieteellinen observatorio. ESO:lla on 16 jäsenmaata: Alankomaat, Belgia, Espanja, Iso-Britannia, Italia, Itävalta, Irlanti, Portugali, Puola, Ranska, Ruotsi, Saksa, Suomi, Sveitsi, Tanska ja Tšekin tasavalta, joiden lisäksi Chile toimii laitteistojen sijoitusmaana ja Australia strategisena kumppanina. ESO toteuttaa kunnianhimoista ohjelmaa, joka keskittyy tehokkaiden maanpäällisten havaintovälineiden suunnitteluun, rakentamiseen ja käyttöön. Välineiden avulla tähtitieteilijät voivat tehdä merkittäviä tieteellisiä löytöjä. ESO:lla on myös johtava asema tähtitieteen tutkimuksen kansainvälisen yhteistyön edistämisessä ja organisoinnissa. ESO:lla on Chilessä kolme ainutlaatuista huippuluokan observatoriota: La Silla, Paranal ja Chajnantor. ESO:lla on Paranalilla VLT-teleskooppi (Very Large Telescope) ja siihen liittyvä, maailmanlaajuisesti johtava VLTI-interferometri, sekä kaksi kartoitusteleskooppia. VISTA toimii infrapuna-alueella ja VST-teleskooppi näkyvän valon aallonpituuksilla. Paranalilla ESO tulee myös hallinnoimaan ja operoimaan eteläistä Tšerenkov-teleskooppien verkostoa (Cherenkov Telescope Array South), mikä on maailman suurin ja herkin gammasäteilyä havainnoiva observatorio. ESO on myös merkittävä kumppani kahdessa Chajnantorin laitteistossa, APEX-teleskoopissa ja ALMA-teleskoopissa, joka on maailman suurin tähtitieteellinen projekti. Lähellä Paranalia sijaitsevalla Cerro Armazonesilla ESO rakentaa 39-metrin kokoista ELT-teleskooppia (Extremely Large Telescope), josta tulee “maailman suurin tähtitaivasta havainnoiva silmä”.

Linkit

• Alkuperäinen tutkimusartikkeli
• VLT:n kuvia
• MPE GRAVITY verkkosivu

Yhteystiedot

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

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

Frank Eisenhauer
Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 30000 3563
Matkapuhelin: +49 162 3105080
Sähköposti: 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
Matkapuhelin: +351 963235785
Sähköposti: pgarcia@fe.up.pt

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

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

Andreas Eckart
1st Institute of Physics, University of Cologne
Cologne, Germany
Puh.: +49 221 470 3546
Sähköposti: eckart@ph1.uni-koeln.de

Bárbara Ferreira
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Puh.: +49 89 3200 6670
Matkapuhelin: +49 151 241 664 00
Sähköposti: pio@eso.org

Pasi Nurmi (Lehdistön yhteyshenkilö Suomi)
ESO Science Outreach Network ja University of Turku
Turku, Finland
Puh.: +358 29 4504 358
Sähköposti: eson-finland@eso.org

Connect with ESO on social media