eso2006ru — Научный релиз

Телескоп ESO наблюдает «звездный танец» вокруг сверхмассивной черной дыры и подтверждает правоту Эйнштейна

16 апреля 2020 г.

Наблюдениями с Очень Большим Телескопом ESO VLT впервые установлено, что звезда, обращающаяся вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, двигается в точном соответствии с предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна. Орбита звезды образует «розетку», а не эллипс, который соответствовал бы ньютоновской теории гравитации. Этот долгожданный результат получен из измерений, проводившихся со все увеличивающейся точностью на протяжении более 30 лет и позволивших ученым разгадать многие из загадок «монстра», притаившегося в сердце нашей Галактики.

Общая теория относительности Эйнштейна предсказывает, что орбита объекта, движущегося в поле тяготения другого объекта, не замкнута, как в случае ньютоновского тяготения, но прецессирует в плоскости орбиты в направлении движения. Этот знаменитый эффект, впервые наблюдавшийся на примере орбиты Меркурия вокруг Солнца, когда-то был первым экспериментальным подтверждением общей теории относительности. Спустя сто лет мы зарегистрировали тот же эффект в движении звезды вокруг компактного радиоисточника Стрелец A* в центре Млечного Пути. Этот наблюдательный прорыв дает очередное доказательство того, что Sagittarius A* должен быть сверхмассивной черной дырой с массой в 4 миллиона масс Солнца, — говорит Райнхард Генцель (Reinhard Genzel), директор Института внеземной физики Макса Планка (MPE) в Гархинге, Германия, автор 30-летней исследовательской программы, которая привела к этому результату.

Объект Sgr A*, расположенный в 26 000 световых лет от Солнца, и плотное звездное скопление вокруг него – уникальная природная лаборатория для тестирования физических законов в области экстремальных полей тяготения. Одна из звезд этого скопления, S2, в ближайшей точке своей орбиты подходит к сверхмассивной черной дыре на расстояние менее 20 миллиардов километров (что в сто двадцать раз больше расстояния между Солнцем и Землей). Это одна из самых тесно сближающихся со сверхмассивным «монстром» звезд. В точке наибольшего сближения с черной дырой S2 несется в пространстве со скоростью, составляющей почти три процента скорости света, делая один орбитальный оборот за 16 лет. “Отслеживая движение звезды S2 по орбите вокруг объекта Стрелец A*в течение более двух с половиной десятилетий, мы выполнили тщательнейшие измерения, которые со всей определенностью показали наличие шварцшильдовской прецессии, — говорит Штефан Гиллессен (Stefan Gillessen) из MPE, который проанализировал полученные измерения. Эта работа сегодня публикуется в журнале Astronomy & Astrophysics.

Большинство звезд и планет имеет некруговые орбиты, и поэтому, двигаясь по ним, оказываются то ближе к центральному объекту, то дальше от него. Орбита звезды S2 прецессирует, а это означает, что положение точки ее наименьшего удаления от сверхмассивной черной дыры с каждым оборотом меняется – каждый следующий виток орбиты поворачивается по отношению к предыдущему на определенный угол, и все эти витки образуют что-то вроде розетки. Общая теория относительности точно предсказывает, насколько сдвигается орбита, и последние измерения, выполненные авторами данной работы, в точности соответствуют этой теории. Этот эффект, известный как прецессия Шварцшильда, никогда ранее не измерялся для звезды вблизи сверхмассивной черной дыры.

Кроме того, исследование, выполненное с телескопом ESO VLT, помогает ученым узнать больше об окрестностях сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики. “Так как измерения движения звезды S2 хорошо укладываются в общую теорию относительности, мы можем наложить более жесткие ограничения на количество невидимого вещества, например, равномерно распределенной темной материи или черных дыр меньшего размера, в окрестностях Sagittarius A*. Это представляет огромный интерес для понимания механизма образования и эволюции сверхмассивных черных дыр, – говорят Ги Перрен (Guy Perrin) и Карин Перро (Karine Perraut), руководители проекта с французской стороны.

Полученный результат венчает 27 лет наблюдений звезды S2 с использованием в течение большей части этого времени богатого арсенала приемников ESO VLT, установленного в пустыне Атакама в Чили. Само количество полученных данных о положениях и скорости звезды говорит о степени тщательности и точности нового исследования: группа выполнила в общей сложности более 330 измерений с приемниками GRAVITY, SINFONI и NACO. Так как оборот звезды S2 вокруг сверхмассивной черной дыры занимает несколько лет, для выявления особенностей ее орбитального движения очень важно было отслеживать его около трех десятилетий.

Исследование выполнено международной группой под руководством Фрэнка Эйзенхауэра (Frank Eisenhauer) из MPE с сотрудниками из Франции, Португалии, Германии и ESO. Группа составила коллаборацию GRAVITY, по названию инструмента, который ее участники разработали для Интерферометра VLT. Это устройство объединяет все четыре 8-метровых телескопа VLT в единый сверхтелескоп с разрешением, эквивалентным разрешению телескопа с диаметром зеркала 130 метров). В 2018 году эта же группа сообщила об обнаружении другого эффекта, предсказываемого общей теорией относительности: они измерили увеличение длины волны света, принимаемого от звезды S2, вызванное прохождением звезды вблизи Sgr A*. “Наш предыдущий результат показал, что свет, излучаемый звездой, подчиняется законам общей теории относительности. Теперь мы продемонстрировали, что и сама звезда в своем движении подчиняется этим законам, – говорит Пауло Гарсия (Paulo Garcia), исследователь из португальского Центра астрофизики и гравитации и один из ведущих ученых проекта GRAVITY.

Участники группы надеются, что, когда вступит в строй Чрезвычайно Большой Телескоп ESO (ELT), они смогут увидеть гораздо более слабые звезды, орбиты которых проходят еще ближе к сверхмассивной черной дыре. Если нам повезет, мы сможем зарегистрировать звезды, настолько близко подходящие к черной дыре, что это позволит нам определить параметры ее вращения, или спина,  говорит Андреас Эккарт (Andreas Eckart) из Кёльнского университета, другой ведущий ученый проекта. В этом случае астрономам будут известны оба основных параметра, масса и спин, целиком определяющие черную дыру Стрелец A* и свойства пространства-времени вокруг нее.Это будет совершенно другой уровень проверки теории относительности", – говорит Эккарт.

Узнать больше

Результаты исследования представлены в статье “Detection of the Schwarzschild precession in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole”, публикуемой в журнале Astronomy & Astrophysics.

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

Европейская Южная Обсерватория (ESO, European Southern Observatory) -- ведущая межгосударственная астрономическая организация Европы, намного обгоняющая по продуктивности другие наземные астрономические обсерватории мира. В ее работе участвуют 16 стран: Австрия, Бельгия, Великобритания, Германия, Дания, Ирландия, Испания, Италия, Нидерланды, Польша, Португалия, Финляндия, Франция, Чешская Республика, Швейцария и Швеция, а также Чили, предоставившая свою территорию для размещения обсерваторий ESO, и Австралия, являющаяся ее стратегическим партнером. ESO проводит в жизнь масштабную программу проектирования, строительства и эксплуатации мощных наземных наблюдательных инструментов, позволяющих астрономам выполнять важнейшие научные исследования. ESO также играет ведущую роль в организации и поддержке международного сотрудничества в области астрономии. ESO располагает тремя уникальными наблюдательными пунктами мирового класса, находящимися в Чили: Ла Силья, Параналь и Чахнантор. В обсерватории Параналь установлен Очень Большой Телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT), способный работать в формате Очень Большого Телескопа-Интерферометра VLTI, и два крупнейших широкоугольных телескопа: VISTA, выполняющий обзоры неба в инфракрасных лучах, и обзорный телескоп оптического диапазона VLT (VLT Survey Telescope). Кроме того, на Паранале ESO на правах партнера предоставила место для установки Южной Решетки Черенковских телескопов (Cherenkov Telescope Array South), крупнейшей в мире и рекордной по чувствительности гамма-обсерватории. ESO также является одним из основных партнеров по эксплуатации двух инструментов субмиллиметрового диапазона на плато Чахнантор: телескопа APEX и крупнейшего астрономического проекта современности ALMA. На Серро Армазонес, недалеко от Параналя, ESO ведет строительство 39-метрового Чрезвычайно Большого Телескопа ELT, который станет «величайшим оком человечества, устремленным в небо».

Ссылки

Контакты

Kirill Maslennikov
Pulkovo Observatory
St.-Petersburg, Россия
Телефон: +79112122130
Сотовый: +79112122130
Email: kirill.maslennikov1@gmail.com

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

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

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

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

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

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

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

Connect with ESO on social media

Перевод пресс-релиза ESO eso2006.

О релизе

Релиз №:eso2006ru
Название:Sgr A*
Тип:Milky Way : Galaxy : Component : Central Black Hole
Facility:Very Large Telescope, Very Large Telescope Interferometer
Instruments:GRAVITY, NACO, SINFONI
Science data:2020A&A...636L...5G

Изображения

Прецессия Шварцшильда: взгляд художника
Прецессия Шварцшильда: взгляд художника
Орбиты звезд в окрестности черной дыры в центре Млечного Пути
Орбиты звезд в окрестности черной дыры в центре Млечного Пути
Широкоугольный снимок области центра Млечного Пути
Широкоугольный снимок области центра Млечного Пути
Объект Стрелец A* в созвездии Стрельца
Объект Стрелец A* в созвездии Стрельца

Видео

ESOcast 219 Light: «Звездный танец» вокруг сверхмассивной черной дыры
ESOcast 219 Light: «Звездный танец» вокруг сверхмассивной черной дыры
Прецессия орбиты звезды S2: взгляд художника
Прецессия орбиты звезды S2: взгляд художника
«Полет» к центру Млечного Пути
«Полет» к центру Млечного Пути
Звезда S2 тесно сближается с черной дырой в центре Млечного Пути
Звезда S2 тесно сближается с черной дырой в центре Млечного Пути
Interview with Reinhard Genzel (in English)
Interview with Reinhard Genzel (in English)
только на английском
Interview with Reinhard Genzel (in German)
Interview with Reinhard Genzel (in German)
только на английском
Another artist’s impression of S2’s precession effect
Another artist’s impression of S2’s precession effect
только на английском

Также смотрите наши