Persbericht

Zie de sterren bewegen rond het superzware zwarte gat van ons Melkwegstelsel

14 december 2021

De Very Large Telescope Interferometer (VLTI) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) heeft de ‘diepste’ en scherpste beelden tot nu toe gemaakt van de omgeving van het superzware zwarte gat in het centrum van ons Melkwegstelsel. De nieuwe beelden zoomen twintig keer verder in dan vóór de VLTI mogelijk was, en hebben astronomen op het spoor gebracht van een nooit eerder waargenomen ster nabij het zwarte gat. Door de baanbewegingen van de sterren in het Melkwegcentrum te volgen, heeft het team ook de meest nauwkeurige meting tot nu toe gedaan van de massa van het centrale zwarte gat.

‘We willen meer te weten komen over het zwarte gat in het centrum van ons Melkwegstelsel, Sagittarius A*: Hoeveel massa heeft het precies? Draait het rond? Gedragen de sterren eromheen zich precies zoals we op grond van Einsteins algemene relativiteitstheorie verwachten? De beste manier om deze vragen te beantwoorden is door de baanbewegingen van sterren nabij het superzware zwarte gat te volgen. Met dit onderzoek hebben we aangetoond dat we dat kunnen doen met een grotere nauwkeurigheid dan ooit tevoren,’ legt Reinhard Genzel uit, een van de directeuren van het Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in Garching, Duitsland, die in 2020 een Nobelprijs ontving voor het onderzoek van Sagittarius A*. De nieuwste resultaten van Genzel en zijn team, die voortbouwen op hun al drie decennia lopende onderzoek van de sterren die om het superzware zwarte gat van ons Melkwegstelsel draaien, worden vandaag gepubliceerd in twee artikelen in Astronomy & Astrophysics.

Op zoek naar nog meer sterren in de buurt van het zwarte gat heeft het team, dat bekend staat als de GRAVITY-samenwerking, een nieuwe analysetechniek ontwikkeld waarmee ze de diepste en scherpste beelden tot nu toe van het Melkwegcentrum hebben kunnen maken. ‘De VLTI levert een ongelooflijke ruimtelijke resolutie en met de nieuwe beelden kunnen we dichterbij komen dan ooit tevoren. We staan versteld van de hoeveelheid details, en van de actie en het aantal sterren die ze rond het zwarte gat laten zien,’ aldus Julia Stadler, onderzoeker aan het Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching, die in haar tijd bij het MPE leiding gaf aan het maken van de nieuwe opnamen. Verrassend genoeg ontdekten ze daarbij een ster, S300 genaamd, die nog niet eerder was waargenomen. Dit laat zien hoe krachtig deze methode is als het gaat om het opsporen van zeer zwakke objecten in de buurt van Sagittarius A*.

Bij hun meest recente waarnemingen, uitgevoerd tussen maart en juli 2021, richtte het team zich op het doen van nauwkeurige metingen van sterren op het moment dat ze het zwarte gat naderen. Hiertoe behoorde ook de recordhouder S29, die het zwarte gat eind mei 2021 het dichtst naderde. De ster passeerde Sagittarius A* op een afstand van slechts 13 miljard kilometer – ongeveer negentig keer de afstand zon-aarde – met een verbluffende snelheid van 8740 kilometer per seconde. Er is nog nooit een ster waargenomen die zo dicht bij het zwarte gat komt, of er zo snel omheen beweegt.

De metingen en opnamen van het team zijn te danken aan GRAVITY, een uniek instrument dat door het samenwerkingsverband is ontwikkeld voor de VLTI van ESO, die in Chili staat opgesteld. GRAVITY combineert het licht van alle vier de 8,2-meter telescopen van ESO’s Very Large Telescope (VLT) met behulp van een techniek die interferometrie wordt genoemd. Deze techniek is complex, ‘maar uiteindelijk krijg je beelden die twintig keer scherper zijn dan die van de afzonderlijke VLT-telescopen, en die de geheimen van het Melkwegcentrum onthullen,’ zegt Frank Eisenhauer van het MPE en hoofdonderzoeker van GRAVITY.

‘Door de nauwe baanbewegingen van sterren rond Sagittarius A* te volgen, kunnen we het zwaartekrachtsveld rond het dichtstbijzijnde superzware zwarte gat nauwkeurig meten, de algemene relativiteitstheorie toetsen en de eigenschappen van het zwarte gat bepalen,’ legt Genzel uit. In combinatie met gegevens die eerder door het team zijn verzameld, bevestigen de nieuwe waarnemingen dat de sterren precies de paden volgen zoals de algemene relativiteitstheorie die voorspelt voor objecten die om een zwart gat van 4,30 miljoen zonsmassa’s wentelen. Dit is de meest nauwkeurige schatting van de massa van het centrale zwarte gat van ons Melkwegstelsel tot nu toe. De onderzoekers zijn er ook in geslaagd om de afstand van Sagittarius A* nauwkeuriger te bepalen: deze bedraagt 27.000 lichtjaar.

Bij het maken van de nieuwe opnamen hebben de astronomen gebruik gemaakt van een machine-learningtechniek, die Information Field Theory heet. Ze maakten een model van hoe de echte bronnen eruit zouden kunnen zien, simuleerden hoe GRAVITY deze zou waarnemen, en vergeleken de uitkomsten van deze simulatie met GRAVITY-waarnemingen. Zo konden zij sterren rond Sagittarius A* met een ongeëvenaarde nauwkeurigheid opsporen en volgen. Behalve de GRAVITY-waarnemingen gebruikte het team ook gegevens van NACO en SINFONI, twee voormalige VLT-instrumenten, en metingen van de Keck-sterrenwacht en de Gemini-sterrenwacht van NOIRLab in de VS.

GRAVITY zal later dit decennium worden geüpdatet tot GRAVITY+, dat ook op ESO’s VLTI zal worden geïnstalleerd en de gevoeligheid verder zal opvoeren, om nog zwakkere sterren dichter bij het zwarte gat te kunnen opsporen. Het team wil uiteindelijk sterren vinden die er zo dichtbij staan dat hun banen de zwaartekrachtseffecten van de rotatie van het zwarte gat ondervinden. ESO’s Extremely Large Telescope (ELT), die momenteel in de Chileense Atacama-woestijn wordt gebouwd, zal het team in staat stellen de snelheden van deze sterren met zeer grote precisie te meten. ‘Met de gecombineerde krachten van GRAVITY+ en de ELT zullen we kunnen vaststellen hoe snel het zwarte gat ronddraait,’ zegt Eisenhauer. ‘Dat is tot nu toe nog niemand gelukt.’

Meer informatie

De resultaten van dit onderzoek zijn te vinden in twee artikelen van de Gravity-samenwerking die in Astronomy & Astrophysics verschijnen.

Het team dat het artikel ‘The mass distribution in the Galactic Centre from interferometric astrometry of multiple stellar orbits’ (doi:10.1051/0004-6361/202142465) heeft geschreven, bestaat uit: R. Abuter (European Southern Observatory, Garching, Duitsland [ESO]), A. Amorim (Universidade de Lisboa – Faculdade de Ciências, Portugal en Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Portugal [CENTRA]), M. Bauböck (Max-Planck Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Duitsland [MPE] ¶ Department of Physics, University of Illinois, VS), J.P. Berger (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble, Frankrijk [IPAG] en ESO), H. Bonnet (ESO), G. Bourdarot (IPAG & MPE), W. Brandner (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Duitsland [MPIA]), V. Cardoso (CENTRA & CERN, Genève, Zwitserland), Y. Clénet (Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université de Paris, Meudon, Frankrijk [LESIA]), Y. Dallilar (MPE), R. Davies (MPE), P.T. de Zeeuw (Sterrewacht Leiden [Leiden] & MPE), J. Dexter (Department of Astrophysical & Planetary Sciences, JILA, Duane Physics Bldg., University of Colorado [Colorado], Boulder, VS), A. Drescher (MPE), A. Eckart (1st Physikalisches Institut, Universität zu Köln, Duitsland [Köln] & Max-Planck-Institute für Radioastronomie, Bonn, Duitsland), F. Eisenhauer (MPE), N.M. Förster Schreiber (MPE), P. Garcia (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Portugal & CENTRA), F. Gao (Hamburger Sternwarte, Universität Hamburg, Duitsland & MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE & Departments of Physics and Astronomy, Le Conte Hall, University of California, Berkeley, VS), S. Gillessen (MPE), M. Habibi (MPE), X. Haubois (European Southern Observatory, Santiago, Chili [ESO Chile]), G. Heißel (LESIA), T. Henning (MPIA), S. Hippler (MPIA), M. Horrobin (Köln), 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), D. Lutz (MPE), T. Ott (MPE), T. Paumard (LESIA), K. Perraut (IPAG), G. Perrin (LESIA), O. Pfuhl (ESO & MPE), S. Rabien (MPE), G. Rodríguez-Coira (LESIA), J. Shangguan (MPE), T. Shimizu (MPE), S. Scheithauer (MPIA), J. Stadler (MPE), O. Straub (MPE), C. Straubmeier (Köln), E. Sturm (MPE), L J. Tacconi (MPE), K.R.W. Tristram (ESO Chile), F. Vincent (LESIA), S. von Fellenberg (MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO), S. Yazici MPE & Köln) en A. Young (MPE). 

Het team dat het artikel ‘Deep images of the Galactic Center with GRAVITY’ (doi:10.1051/0004-6361/202142459) heeft geschreven, bestaat uit: R. Abuter (ESO), P. Arras (Max-Planck-Institut für Astrophysik [MPA], Garching, Duitsland & Department of Physics, Technische Universität München [TUM], Garching, Duitsland), M. Bauböck (MPE & Department of Physics, University of Illinois, VS), H. Bonnet (ESO), W. Brandner (MPIA), G. Bourdarot (IPAG & MPE), V. Cardoso (CENTRA & CERN), Y. Clénet (LESIA), P.T. de Zeeuw (Leiden & MPE), J. Dexter (Colorado & MPE), Y. Dallilar (MPE), A. Drescher (MPE), A. Eckart (Köln & Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Duitsland), F. Eisenhauer (MPE), T. Enßlin (MPA), N.M. Förster Schreiber (MPE), P. Garcia (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Portugal & CENTRA), F. Gao (Hamburger Sternwarte, Universität Hamburg, Duitsland & MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE & Departments of Physics and Astronomy, Le Conte Hall, University of California, Berkeley, VS), S. Gillessen (MPE), M. Habibi (MPE), X. Haubois (ESO Chile), G. Heißel (LESIA), 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), D. Lutz (MPE), T. Ott (MPE), T. Paumard (LESIA), K. Perraut (IPAG), G. Perrin (LESIA) , O. Pfuhl (ESO & MPE), S. Rabien (MPE), J. Shangguan (MPE), T. Shimizu (MPE), S. Scheithauer (MPIA), J. Stadler (MPE, O. Straub (MPE), C. Straubmeier (Köln), E. Sturm (MPE), L.J. Tacconi (MPE), K.R.W. Tristram (ESO Chili), F. Vincent (LESIA), S. von Fellenberg (MPE), I. Waisberg (Department of Particle Physics & Astrophysics, Weizmann Institute of Science, Israel & MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO), S. Yazici (MPE & Köln), A. Young (MPE) en G. Zins (ESO).

De Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) stelt wetenschappers van over de hele wereld in staat om de geheimen van het heelal te ontdekken, ten bate van iedereen. Wij ontwerpen, bouwen en exploiteren observatoria van wereldklasse die door astronomen worden gebruikt om spannende vragen te beantwoorden en de fascinatie voor astronomie te verspreiden, en bevorderen internationale samenwerking op het gebied van de astronomie. ESO, in 1962 opgericht als intergouvernementele organisatie, wordt inmiddels gedragen door 16 lidstaten (België, Denemarken, Duitsland, Finland, Frankrijk, Ierland, Italië, Nederland, Oostenrijk, Polen, Portugal, Spanje, Tsjechië, het Verenigd Koninkrijk, Zweden en Zwitserland) en door het gastland Chili, met Australië als strategische partner. Het hoofdkwartier van de ESO en haar bezoekerscentrum en planetarium, de ESO Supernova, zijn gevestigd nabij München in Duitsland, maar onze telescopen staan opgesteld in de Chileense Atacama-woestijn – een prachtige plek met unieke omstandigheden voor het doen van hemelwaarnemingen. ESO exploiteert drie waarnemingslocaties: La Silla, Paranal en Chajnantor. Op Paranal staan ESO’s  Very Large Telescope en Very Large Telescope Interferometer, evenals twee surveytelescopen: VISTA voor infrarood en de VST voor zichtbaar licht. Op Paranal zal de ESO ook de Cherenkov Telescope Array South huisvesten en exploiteren – ’s werelds grootste en gevoeligste observatorium van gammastraling. Samen met internationale partners beheert ESO APEX en ALMA op Chajnantor, twee faciliteiten die de hemel waarnemen in het millimeter- en submillimetergebied. Op Cerro Armazones, nabij Paranal, bouwen wij ‘het grootste oog ter wereld’ – ESO’s Extremely Large Telescope. Vanuit onze kantoren in Santiago, Chili, ondersteunen wij onze activiteiten in het gastland en werken wij samen met Chileense partners en de Chileense samenleving.

Links

•           Onderzoeksartikel 1

•           Onderzoeksartikel 2

•           Foto’s van de VLT/VLTI

•           Lees meer over ESO’s Extremely Large Telescope

•           Voor journalisten: abonneer je op persberichten in je eigen taal

•           Voor wetenschappers: heb je een verhaal? Promoot je onderzoek

Contact

Reinhard Genzel
Director, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30000 3281
E-mail: genzel@mpe.mpg.de

Julia Stadler
Max Planck Institute for Astrophysics
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30000 2205
E-mail: jstadler@mpe.mpg.de

Frank Eisenhauer
Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30000 3563
E-mail: eisenhau@mpe.mpg.de

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

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6670
Mobiel: +49 151 241 664 00
E-mail: press@eso.org

Marieke Baan (Perscontact Nederland)
ESO Science Outreach Network en NOVA Informatie Centrum
Tel: +31(0)20-5257480
E-mail: eson-netherlands@eso.org

Connect with ESO on social media