eso1825is — Fréttatilkynning

Fyrsta heppnaða prófunin á almennu afstæðiskenningu Einsteins nálægt risasvartholi

Hápunktur 26 ára rannsóknarvinnu ESO á miðju Vetrarbrautarinnar

26. júlí 2018

Í fyrsta sinn hafa mælingar, sem gerðar voru með Very Large Telescope ESO, staðfest áhrif sem almenna afstæðiskenning Einsteins spáir fyrir um um færslu stjörnu í ógnarsterku þyngdarsviði risasvartholsins í miðju Vetrarbrautarinnar. Niðurstaðanna hefur verið beðið með mikilli eftirvæntingu en þær eru hápunkturinn á 26 ára langri mæliherferð með sjónaukum ESO í Chile.

Nálægasta risasvarthol við Jörðina er falið á bak við þykk rykský í miðju Vetrarbrautarinnar, um 26.000 ljósár í burtu frá okkur. Svartholið er fjórum milljón sinnum efnismeira en sólin. Í kringum það sveimar lítill hópur stjarna á ógnarhraða. Næsta nágrenni svartholsins er sterkasta þyngdarsvið Vetrarbrautarinnar og því kjörlendi fyrir rannsóknir á eðlisfræði þyngdar, en þó einkum og sér í lagi til þess að prófa almennu afstæðiskenningu Einsteins.

Nýjar innrauðar mælingar með GRAVITY [1], SINFONI og NACO mælitækjunum á Very Large Telescope ESO (VLT), hafa nú gert stjörnufræðingum kleift að fylgjast einni stjörnunni, kölluð S2, fara mjög nærri svartholinu í maí árið 2018. Stjarnan var í innan við 20 milljarða km fjarlægð frá svartholinu þegar hún var næst því og ferðaðist þá á 25 milljón km hraða á klukkustund – næstum þrjú prósent af hraða ljóssins [2].

Stjörnufræðingarnir báru saman mælingar GRAVITY og SINFONI á staðsetningu og hraða stjörnunnar, auk eldri mælinga á henni sem gerðar voru með öðrum mælitækjum, við spár þyngdarfræði Newtons, almennu afstæðiskenningarinnar og fleiri kenninga um þyngdarkraftinn. Niðurstöðurnar eru ekki í samræmi við spár Newtons en í fullkomnu samræmi við spár almennu afstæðiskenningarinnar.

Mælingarnar eru geysinákvæmar og voru gerðar af alþjóðlegum hópi stjörnufræðinga undir forystu Reinhard Genzel við Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) í Garching í Þýskalandi og samstarfsfólki hans frá Paris Observatory–PSL, Université Grenoble Alpes, CNRS, Max Planck Institute for Astronomy, University of Cologne, CENTRA – Centro de Astrofisica e Gravitação í Portúgal og ESO. Mælingarnra eru hápunkturinn á 26 ára röð sífellt nákvæmari mælinga á miðju Vetrarbrautarinnar með mælitækjum ESO [3].

„Þetta er í annað sinn sem við höfum fylgst með S2 komast næst svartholinu í miðju Vetrarbrautarinnar. Að þessu sinni höfðum við mun betri mælitæki og gátum því fylgst með stjörnunni í einstakri upplausn,“ sagði Genzel. „Við undirbjuggum okkur fyrir þennan atburð í nokkur ár þvi við vildum nýta þetta einstaka tækifæri til hins ítrasta og mæla afstæðilegu áhrifin.“

Nýju mælingarnar sýna áhrif sem kallast þyngdarrauðvik. Ljósið frá stjörnunni tognar í feykisterku þyngdarsviði svartholsins þannig að bylghulengdin lengist og hliðrast. Breytingin á bylgjulengd ljóssins frá S2 passar nákvæmlega við spár almennu afstæðiskenningar Einsteins. Þetta er í fyrsta sinn sem þessi frávik frá spám þyngdarfræði Newtons hafa mælst á færslu stjörnu í kringum risasvarthol.

Stjörnufræðingarnir notuðu SINFONI til að mæla ferðarhraða S2 í átt að og frá Jörðinni en GRAVITY mælitækið í VLT víxlmælinum (VLTI) var notað í sérstaklega nákvæmar mælingar á brautarfærslu S2 svo hægt væri að skilgreina lögun sporbrautarinnar. GRAVITY skilar svo hnífskörpum myndum að tækið getur numið hreyfingu stjörnunnar milli nátta þegar hún gengur um svartholið þótt það sé í 25.000 ljósár í burtu frá Jörðinni.

„Fyrstu mælingar okkar á S2 með GRAVITY, fyrir um tveimur árum, sýndu þegar fram á að hefðum mjög heppilega tilraunastöð fyrir svartholarannsóknir,“ sagði Frank Eisenhauer (MPE), sem hafði umsjón með mælingum GRAVITY og SINFONI litrófsritans. „Þegar stjarnan var næst svartholinu gátum við meira að segja greint daufan ljósbjarma í kringum svartholið á flestum myndum. Það gerði okkur kleift að fylgja stjörnunni eftir nákvæmlega, sem að lokum leiddi til þess að okkur tókst að mæla þyngdarrauðvikið í litrófi S2.“

Enn á ný hefur Einstein reynst sannspár, meira en hundrað árum eftir að hann birti greinar sínar um almennt afstæði, og það við miklu öfgakenndari aðstæður en hann hefði nokkru sinni getað ímyndað sér.

>em>Í sólkerfinu okkar getum við aðeins prófað lögmál eðlisfræðinnar við ákveðnar aðstæður. Þess vegna er mjög mikilvægt í stjarnvísindum að geta kannað hvort þessi sömu lögmál virki þar sem þyndgarsviðið er miklu sterkara,“ sagði Françoise Delplancke, yfirmaður kerfisverkfræðideildar ESO aðspurður um mikilvægi mælinganna.

Búist er við að áframhaldandi mælingar afhjúpi önnur afstæðileg áhrif innan tíðar – lítið vagg á braut stjörnunnar, kallað Schwarzschild-framsókn – þegar S2 færist burt frá svartholinu.

„ESO hefur unnið hörðum höndum með Reinhard Genzel og samstarfsfólki hans í aðildarríkjum ESO í meira en aldarfjórðung. Það var mikil áskorun að þróa öll þau öflugu tæki og tól sem þurfti til að gera þessar nákvæmu mælingar og koma þeim fyrir í VLT í Paranal. Uppgötvunin sem við kynnum í dag er afar spennandi afrakstur einstaks samstarfs,“ sagði Xavier Barcons, framkvæmdarstjóri ESO, að lokum.

Skýringar

[1] GRAVITY var þróað í samstarfi Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (Þýskalandi), LESIA við Paris Observatory–PSL / CNRS / Sorbonne Université / Univ. Paris Diderot og IPAG við Université Grenoble Alpes / CNRS (Frakklandi), Max Planck Institute for Astronomy (Þýskalandi), University of Cologne (Þýskalandi), CENTRA–Centro de Astrofisica e Gravitação (Portúgal) og ESO.

[2] S2 gengur um svartholið á 16 árum á mjög sporöskjulaga braut. Þegar stjarnan er næst svartholinu er hún innan við tuttugu milljarða kílómetra frá því sem er um 120-f0ld fjarlægðin milli jarðar og sólar eða fjórföld fjarlægðin milli sólar og Neptúnusar. Fjarlægðin samsvarar um 1500-földum Schwarzschild radíus svatrholsins.

[3] Mælingar á miðju Vetrarbrautarinnar verða að vera gerðar á lengri bylgjulengdum (innrauðum í þessu tilviki) því rykský milli Jarðar og miðjunnar gleypa mjög sýnilegt ljós.

Frekari upplýsingar

Greint var frá niðurstöðunum í greininni „Detection of the Gravitational Redshift in the Orbit of the Star S2 near the Galactic Centre Massive Black Hole“, eftir GRAVITY samstarfið, sem birtist í tímaritinu Astronomy & Astrophysics hinn 26. júlí 2018.

Í GRAVITY samstarfinu eru R. Abuter (ESO, Garching, Germany), A. Amorim (Universidade de Lisboa, Lisbon, Portugal), N. Anugu (Universidade do Porto, Porto, Portugal), M. Bauböck (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Germany [MPE]), M. Benisty (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, France [IPAG]), J.P. Berger (IPAG; ESO, Garching, Germany), N. Blind (Observatoire de Genève, Université de Genève, Versoix, Switzerland), H. Bonnet (ESO, Garching, Germany), W. Brandner (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany [MPIA]), A. Buron (MPE), C. Collin (LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, Meudon, France [LESIA]), F. Chapron (LESIA), Y. Clénet (LESIA), V. Coudé du Foresto (LESIA), P. T. de Zeeuw (Sterrewacht Leiden, Leiden University, Leiden, The Netherlands; MPE), C. Deen (MPE), F. Delplancke-Ströbele (ESO, Garching, Germany), R. Dembet (ESO, Garching, Germany; LESIA), J. Dexter (MPE), G. Duvert (IPAG), A. Eckart (University of Cologne, Cologne, Germany; Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Germany), F. Eisenhauer (MPE), G. Finger (ESO, Garching, Germany), N.M. Förster Schreiber (MPE), P. Fédou (LESIA), P. Garcia (Universidade do Porto, Porto, Portugal), R. Garcia Lopez (MPIA), F. Gao (MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE; University of California, Berkeley, California, USA), S. Gillessen (MPE), P. Gordo (Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugal), M. Habibi (MPE), X. Haubois (ESO, Santiago, Chile), M. Haug (ESO, Garching, Germany), F. Haußmann (MPE), Th. Henning (MPIA), S. Hippler (MPIA), M. Horrobin (University of Cologne, Cologne, Germany), Z. Hubert (LESIA; MPIA), N. Hubin (ESO, Garching, Germany), A. Jimenez Rosales (MPE), L. Jochum (ESO, Garching, Germany), L. Jocou (IPAG), A. Kaufer (ESO, Santiago, Chile), S. Kellner (Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Germany), S. Kendrew (MPIA, ESA), P. Kervella (LESIA; MPIA), Y. Kok (MPE), M. Kulas (MPIA), S. Lacour (LESIA), V. Lapeyrère (LESIA), B. Lazareff (IPAG), J.-B. Le Bouquin (IPAG), P. Léna (LESIA), M. Lippa (MPE), R. Lenzen (MPIA), A. Mérand (ESO, Garching, Germany), E. Müller (ESO, Garching, Germany; MPIA), U. Neumann (MPIA), T. Ott (MPE), L. Palanca (ESO, Santiago, Chile), T. Paumard (LESIA), L. Pasquini (ESO, Garching, Germany), K. Perraut (IPAG), G. Perrin (LESIA), O. Pfuhl (MPE), P.M. Plewa (MPE), S. Rabien (MPE), A. Ramírez (ESO, Chile), J. Ramos (MPIA), C. Rau (MPE), G. Rodríguez-Coira (LESIA), R.-R. Rohloff (MPIA), G. Rousset (LESIA), J. Sanchez-Bermudez (ESO, Santiago, Chile; MPIA), S. Scheithauer (MPIA), M. Schöller (ESO, Garching, Germany), N. Schuler (ESO, Santiago, Chile), J. Spyromilio (ESO, Garching, Germany), O. Straub (LESIA), C. Straubmeier (University of Cologne, Cologne, Germany), E. Sturm (MPE), L.J. Tacconi (MPE), K.R.W. Tristram (ESO, Santiago, Chile), F. Vincent (LESIA), S. von Fellenberg (MPE), I. Wank (University of Cologne, Cologne, Germany), I. Waisberg (MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), M. Wiest (University of Cologne, Cologne, Germany), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO, Garching, Germany), S. Yazici (MPE; University of Cologne, Cologne, Germany), D. Ziegler (LESIA) and G. Zins (ESO, Santiago, Chile).

ESO er fremsta fjölþjóðlega stjörnustöð Evrópu og lang öflugasta stjörnustöð heims. Hún nýtur stuðnings 16 landa: Austurríkis, Belgíu, Tékklands, Danmörku, Finnlands, Frakklands, Þýskalands, Ítalíu, Hollands, Póllands, Portúgals, Spánar, Svíþjóðar, Sviss og Bretlands, auk gestaþjóðarinnar Chile. ESO heldur úti metnaðarfullum verkefnum sem miða að hönnun, smíði og starfsemi öflugra stjörnustöðva á jörðinni sem gera stjörnufræðingum kleift að gera mikilvægar uppgötvanir. ESO leikur líka lykilhlutverk í að efla og skipuleggja samstarf í stjarnvísindarannsóknum. ESO starfrækir þrjár stjörnuathugunarstöðvar í heimsflokki: La Silla, Paranal og Chajnantor. Á Paranalfjalli starfrækir ESO Very Large Telescope, fullkomnustu stjörnusjónauka heims sem notaðir eru til athugana á sýnilegu ljósi og tvo kortlagningarsjónauka. VISTA er stærsti kortlagningarsjónauki veraldar fyrir innrautt ljós og VLT Survey Telescope er stærsti sjónauki heims sem eingöngu er ætlað að kortleggja himinn í sýnilegu ljósi. ESO er stór þátttakandi í ALMA, stærsta stjarnvísindaverkefni heims. Á Cerro Armazones, skammt frá Paranal, er ESO að smíða 39 metra risasjónauka, Extremely Large Telescope eða ELT sem verður „stærsta auga jarðar“.

Tenglar

• Greinin í Astronomy & Astrophysics
• Forprent greinarinnar í A&A
• Myndir af VLT
• Vefsíða GRAVITY hjá Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
• GRAVITY gerir fyrstu mælingarnar á miðju Vetrarbrautarinnar
• Eldri mælingar með GRAVITY

Tengiliðir

Sævar Helgi Bragason
Stjörnufræðivefurinn
Ísland
Farsími: 8961984
Tölvupóstur: eson-iceland@eso.org

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

Frank Eisenhauer
GRAVITY Principal Investigator, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Sími: +49 (89) 30 000 3563
Tölvupóstur: eisenhau@mpe.mpg.de

Stefan Gillessen
Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Sími: +49 89 30000 3839
Tölvupóstur: ste@mpe.mpg.de

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Sími: +49 89 3200 6655
Farsími: +49 151 1537 3591
Tölvupóstur: pio@eso.org

Hannelore Hämmerle
Public Information Officer, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Sími: +49 (89) 30 000 3980
Tölvupóstur: hannelore.haemmerle@mpe.mpg.de

Connect with ESO on social media

Þetta er þýðing á fréttatilkynningu ESO eso1825.