Mededeling

Massabepaling van ver zwart gat bevestigt het potentieel van GRAVITY+

29 januari 2024

Astronomen hebben voor het eerst een directe meting gedaan van de massa van een zwart gat dat zo ver weg staat, dat het licht uit zijn omgeving er 11 miljard jaar over heeft gedaan om ons te bereiken. Het onderzoeksteam, onder leiding van Taro Shimizu van het Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Duitsland, heeft ontdekt dat het zwarte gat, met de aanduiding J0920, ongeveer 320 miljoen keer zoveel massa heeft als de zon. De ontdekking die vandaag in Nature is gepubliceerd, is te danken aan ‘GRAVITY+’ – een reeks upgrades van ESO’s Very Large Telescope Interferometer (VLTI) en diens GRAVITY-instrument, die nog gaande is.

Om directe metingen te doen van de massa van een zwart gat, gebruiken astronomen telescopen waarmee de bewegingen van het gas en de sterren die daaromheen draaien kunnen worden gevolgd. Hoe sneller ze bewegen, des te meer materie bevindt zich binnen hun omloopbaan. Deze techniek is al gebruikt om de massa’s van nabije zwarte gaten te meten, waaronder dat in het centrum van ons Melkwegstelsel. Maar op zeer grote afstanden is deze beweging heel moeilijk waarneembaar. Hierdoor waren vergelijkbare directe metingen van de massa’s van verre zwarte gaten, die een venster bieden op een periode in de geschiedenis van het heelal waarin sterrenstelsels en zwarte gaten snel groeiden, tot nu toe niet mogelijk.

De directe meting van de massa van J0920 is volledig te danken aan de eerste reeks GRAVITY+-upgrades. Deze verbeteringen hebben astronomen in staat gesteld om het zwakke, verre gas rond het zwarte gat nauwkeuriger dan ooit te waar te nemen met behulp van een techniek die wide-field, off-axis fringe tracking wordt genoemd. De nauwkeurige meting van de massa van J0920 is een eerste stap op weg naar een beter begrip van de manier waarop zwarte gaten en sterrenstelsels gelijktijdig zijn gegroeid in de tijd dat het heelal nog maar een paar miljard jaar oud was. De nieuwe massabepaling van J0920 laat zien dat zijn zwarte gat ongeveer vier keer zo weinig massa heeft als op grond van de massa van het omringende sterrenstelsel verwacht zou mogen worden. Dit wijst erop dat het zwarte gat minder snel is gegroeid dan het sterrenstelsel waar het deel van uitmaakt.

GRAVITY+ gebruikt interferometrie om het licht te combineren dat door de vier afzonderlijke 8-meter telescopen die deel uitmaken van de VLTI is verzameld. Wanneer de upgrade is voltooid, zal de bijbehorende adaptieve optiek de vertroebelende werking van de aardatmosfeer beter kunnen corrigeren. In het kader van GRAVITY+ zullen uiteindelijk ook alle vier de telescopen van een laserrichtsysteem worden voorzien, om nog zwakkere en verder weg staande objecten te kunnen waarnemen.

De upgrades van GRAVITY+ worden stapsgewijs uitgevoerd, om ervoor te zorgen dat de wetenschappelijke activiteiten van de VLTI zo min mogelijk worden verstoord. Op die manier kunnen astronomen de verbeterde prestaties van GRAVITY+ op de voet volgen. De volledige set upgrades zal naar verwachting in 2025 zijn voltooid. De nieuwe functionaliteiten zullen ten goede komen aan alle huidige en toekomstige VLTI-instrumenten en de wetenschappers die daar gebruik van maken.

Meer informatie

De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in het artikel ‘A dynamical measurement of the supermassive black hole mass in a quasar 11 billion years ago’, dat in Nature verschijnt.

Het onderzoeksteam bestaat uit R. Abuter (European Southern Observatory, Garching, Duitsland [ESO]), F. Allouche (Université Côte d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Lagrange, Frankrijk [Lagrange]), A. Amorim (Universidade de Lisboa – Faculdade de Ciências, Portugal en Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universiteit van Lissabon, Portugal [CENTRA]), C. Bailet (Lagrange), A. Berdeu (Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Universiteit van Paris, Frankrijk [LESIA]), J.P. Berger (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Frankrijk [UGA]), P. Berio (Lagrange), A. Bigioli (Astronomisch Instituut, KU Leuven, België [KU Leuven]), O. Boebion (Lagrange), M.-L. Bolzer (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Duitsland [MPE], Vakgroep Natuurkunde, Technische Universiteit München, Duitsland [TUM] en Univ. Lyon, ENS de Lyon, CNRS, Centre de Recherche Astrophysique de Lyon, Frankrijk [CRAL]), H. Bonnet (ESO), G. Bourdarot (MPE), P. Bourget (Europese Zuidelijke Sterrenwacht, Chili [ESO Chile]), W. Brandner (Max-Planck-Institut für Astronomie, Duitsland [MPIA]), Y. Cao (MPE), R. Conzelman (ESO), M. Comin (ESO), Y. Clénet (LESIA), B. Courtney-Barrer (ESO Chile and Research School of Astronomy and Astrophysics, College of Science, Australian National University, Australia [ANU]), R. Davies (MPE), D. Defrère (KU Leuven), A. Delboulbé (UGA), F. Delplancke-Ströbele (ESO), R. Dembet (LESIA), J. Dexter (Department of Astrophysical & Planetary Sciences, JILA, University of Colorado, VS), P.T. de Zeeuw (Universiteit Leiden), A. Drescher (MPE), A. Eckart (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Duitsland [MPIfR] en 1st Institute of Physics, Universiteit van Keulen, Duitsland [Cologne]), C. Édouard (LESIA), F. Eisenhauer (MPE), M. Fabricius (MPE), H. Feuchtgruber (MPE), G. Finger (MPE), N.M. Förster Schreiber (MPE), P. Garcia (Faculdade de Engenharia, Universiteit van Porto, Portugal [FEUP] en CENTRA), R. Garcia Lopez (School of Physics, University College Dublin, Ierland), F. Gao (MPIfR), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE and Departments of Physics and Astronomy, Universiteit van Californië, VS), J.P. Gil (ESO Chile), S. Gillessen (MPE), T. Gomes (CENTRA en FEUP), F. Gonté (ESO), C. Gouvret (Lagrange), P. Guajardo (ESO Chile), S. Guieu (IPAG), W. Hackenberg (ESO), N. Haddad (ESO Chile), M. Hartl (MPE), X. Haubois (ESO Chile), F. Haußmann (MPE), G. Heißel (LESIA and Advanced Concepts Team, European Space Agency, TEC-SF, ESTEC, Nederland), T. Henning (MPIA), S. Hippler (MPIA), S.F. Hönig (School of Physics & Astronomy, University of Southampton, VK [Southampton]), M. Horrobin (Cologne), N. Hubin (ESO), E. Jacqmart (Lagrange), L. Jocou (IPAG), A. Kaufer (ESO Chile), P. Kervella (LESIA), J. Kolb (ESO), H. Korhonen (ESO Chile), S. Lacour (ESO and LESIA), S. Lagarde (Lagrange), O. Lai (Lagrange), V. Lapeyrère (LESIA), R. Laugier (KU Leuven), J.-B. Le Bouquin (IPAG), J. Leftley (Lagrange), P. Léna (LESIA), S. Lewis (ESO), D. Liu (MPE), B. Lopez (Lagrange), D. Lutz (MPE), Y. Magnard (IPAG), F. Mang (MPE and TUM), A. Marcotto (Lagrange), D. Maurel (IPAG), A. Mérand (ESO), F. Millour (Lagrange), N. More (MPE), H. Netzer (School of Physics and Astronomy, Tel Aviv University, Israel [TAU]), H. Nowacki (IPAG), M. Nowak (Institute of Astronomy, Universiteit van Cambridge, VK), S. Oberti (ESO), T. Ott (MPE), L. Pallanca (ESO Chile), T. Paumard (LESIA), K. Perraut (IPAG), G. Perrin (LESIA), R. Petrov (Lagrange), O. Pfuhl (ESO), N. Pourré (IPAG), S. Rabien (MPE), C. Rau (MPE), M. Riquelme (ESO), S. Robbe-Dubois (Lagrange), S. Rochat (IPAG), M. Salman (KU Leuven), J. Sanchez-Bermudez (Instituto de Astronomía, Universidad Nacional Autónoma de México, Mexico and MPIA), D.J.D. Santos (MPE), S. Scheithauer (MPIA), M. Schöller (ESO), J. Schubert (MPE), N. Schuhler (ESO Chile), J. Shangguan (MPE), P. Shchekaturov (ESO), T.T. Shimizu (MPE), A. Sevin (LESIA), F. Soulez (CRAL), A. Spang (Lagrange), E. Stadler (IPAG), A. Sternberg (TAU and Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute, VS), C. Straubmeier (Cologne), E. Sturm (MPE), C. Sykes (Southampton), L.J. Tacconi (MPE), K.R.W. Tristram (ESO Chile), F. Vincent (LESIA), S. von Fellenberg (MPIfR), S. Uysal (MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO), and G. Zins (ESO).

De GRAVITY+-upgrades zijn, samen met ESO, ontworpen en gebouwd door de volgende instituten:

Max-Planck-Institut für extraterrestrial Physik; Max-Planck-Institut für Astronomie; Universiteit van Keulen (Duitsland)
Institut National des Sciences de l’Univers, French National Center for Scientific Research; Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble; Laboratoire d’Etudes Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique; the Lagrange Laboratory; the Centre de Recherche Astrophysique de Lyon (Frankrijk)
Instituto Superior Técnico’s Centre for Astrophysics and Gravitation; Universiteit van Lissabon; Universiteit van Porto (Portugal)
Universiteit van Southampton (VK)
Katholieke Universiteit Leuven (België)