Pressmeddelande

Mest detaljerade observationerna av materia i bana runt ett svart hål

Supertunga svarta hålet i Vintergatans mitt bekräftas av ESO:s instrument GRAVITY

31 oktober 2018

ESO:s utsökt känsliga instrument GRAVITY har lagt till nya bevis som bekräftar det som forskare länge antagit, att ett supertungt svart hål lurar i Vintergatans mitt. Nya observationer visar att där kretsar moln av gas i hög fart – nästan en tredjedel av ljusets hastighet – i cirkulära banor strax utanför det svarta hålets händelsehorisont. Det är första gången som någon materia observerats så nära det svarta hålets kant, och är de mest detaljerade observationer hittills av materia som ligger så nära ett svart hål.

Astronomer vid ett konsortium av europeiska forskningsinstitut, bland dem ESO [1], har använt ESO:s instrument GRAVITY, som ingår i Very Large Telescope-interferometern (VLTI). De har observerat utbrott av infrarött ljus från den skiva av materia som omger det tunga objektet i mitten av vår galax Vintergatan som går under beteckningen Sagittarius A*. Ljuset från dessa utbrott ger en efterlängtad bekräftelse att det som ligger i galaxens mitt verkligen är ett supermassivt svart hål. Materialet som lyser upp och som nu kunnat studeras kretsar väldigt nära det svarta hålets händelsehorisont. Observationerna är de mest detaljerade hittills av materia som kretsar så nära ett svart hål.

Runt det svarta hålet kretsar en ring av materia som rör sig med hastigheter som kan jämföras med ljusets [2] – den kallas det svarta hålets ackretionsskiva. Här finns materia som kretsar utan risk för att falla in i det svarta hålet, men allt som rör sig för nära kan komma att dras in bortom händelsehorisonten. Gränsen mellan dessa öden kallas den innersta stabila omloppsbanan. Det är just därifrån som källan ibland blossar upp i infrarött ljus.

Oliver Pfuhl, astronom vid Max Planck-institutet för utomjordisk fysik (MPE) i Garching, Tyskland, förundras över vad forskarna fått se.

– Det är häpnadsväckande att faktiskt kunna bevittna materia som kretsar runt ett svart hål så snabbt som 30 procent av ljusets hastighet. Tack vare GRAVITY:s oerhörda känslighet har vi kunnat observera i realtid och i aldrig tidigare skådat detalj hur det svarta hålet samlar på sig material.

Mätningarna blev möjliga tack vare internationellt samarbete och tillgång till toppmoderna instrument [3]. Instrumentet GRAVITY som ligger bakom mätningarna kombinerade ljuset från de fyra teleskopen i ESO:s VLT för att skapa ett virtuellt superteleskop – som motsvarar ett teleskop med en spegel på 130 meter. Instrumentet har redan tidigare använts för att undersöka Sagittarius A*.

Tidigare i år lyckades samma forskarlag noggrant mäta hur stjärnan S2 passerade genom det extrema gravitationsfältet nära Sagittarius A* när den svängde förbi det svarta hålet. Även dessa observationer möjliggjordes av GRAVITY, tillsammans med SINFONI, ytterligare ett av VLT:s instrument. Mätningarna visade för första gången upp fenomen i en så extrem miljö som förutspås av Einsteins allmänna relativitetsteori. Under S2:s nära passage observerade man också stark strålning i infrarött ljus.

– Vi följde S2 noggrant, och vi håller ju alltid ett öga på Sagittarius A*. Under våra observationer hade vi turen att upptäcka tre tillfällen då det ljusnade kraftigt från någonstans runt det svarta hålet. Det var en lycklig slump! förklarar Pfuhl.

De tre utbrotten skapades tack vare högenergiska elektroner nära det svarta hålet, och det infraröda ljuset stämde precis överens med vad man enligt teoretiskt sett skulle väntat sig för heta fläckar av materia i omloppsbana runt ett svart hål med en massa fyra miljoner gånger solens massa [4]. Forskarna tänker sig att strålarna alstras från magnetiska växelverkningar i den väldigt heta gasen som kretsar alldeles intill Sagittarius A*.

Reinhard Genzel, också vid Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, ledde studien. För honom är forskningsresultaten både glädjande och en spännande bekräftelse av det långvariga antagandet att Sagittarius A* verkligen är ett supermassivt svart hål.

– Detta har alltid varit ett av våra drömprojekt, men vi kunde aldrig föreställa oss att det skulle bli möjligt så tidigt. Resultaten är en rungande bekräftelse av det massiva svarta hål-paradigmet, avslutar han.

Noter

[1] Denna forskning genomfördes av forskare vid Max Planck-institutet för utomjordisk fysik (MPE), Observatoire de Paris, Université Grenoble Alpes, CNRS, Max Planck-institutet för astronomi,  Kölns universitet, Portugals CENTRA – Centro de Astrofisica e Gravitação samt ESO.

[2] När föremål rör sig med hastigheter som närmar sig ljusets (relativistiska hastigheter) blir fenomen som förutspås i Einsteins relativitetsteori allt mer framträdande. I ackretionsskivan omkring Sagittarius A* rör sig gasen med hastigheter på ungefär 30 procent av ljusets hastighet.

[3] GRAVITY utvecklades som ett samarbete mellan Max Planck-institutet för utomjordisk fysik (Tyskland), LESIA vid Observatoire de Paris–PSL/CNRS/Sorbonne Université/Univ. Paris Diderot samt IPAG vid Université Grenoble Alpes/CNRS (Frankrike), Max Planck-institutet för astronomi (Tyskland), Kölns universitet (Tyskland), CENTRA–Centro de Astrofísica e Gravitação (Portugal) samt ESO.

[4] En solmassa är en massenhet som används i astronomi. Det är lika med solens, vår närmaste stjärna, massa och har uppmätts till 1.989 × 10³⁰ kg. Det innebär till exempel att massan i Sagittarius A* motsvarar 1,3 tusen miljarder gånger jordens massa.

Mer information

Denna forskning presenteras i en artikel med titeln "Detection of Orbital Motions Near the Last Stable Circular Orbit of the Massive Black Hole SgrA*" av GRAVITY-samarbetet som publiceras i tidskriften Astronomy & Astrophysics den 31 oktober 2018.

Teamet bakom GRAVITY-samarbetet består av: R. Abuter (ESO, Garching, Tyskland), A. Amorim (Universidade de Lisboa, Lisbon, Portugal), M. Bauböck (Max Planck-institutet för utomjordisk fysik, Garching, Tyskland [MPE]), J.P. Berger (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, Frankrike [IPAG]; ESO, Garching, Tyskland), H. Bonnet (ESO, Garching, Tyskland), W. Brandner (Max Planck-institutet för astronomi, Heidelberg, Tyskland [MPIA]), Y. Clénet (LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, Meudon, Frankrike [LESIA])), V. Coudé du Foresto (LESIA), P. T. de Zeeuw (Sterrewacht Leiden, Leiden University, Leiden, Nederländerna; MPE), C. Deen (MPE), J. Dexter (MPE), G. Duvert (IPAG), A. Eckart (Kölns universitet, Köln, Tyskland; Max Planck-institutet för radioastronomi, Bonn, Tyskland), F. Eisenhauer (MPE), N.M. Förster Schreiber (MPE), P. Garcia (Universidade do Porto, Porto, Portugal; Universidade de Lisboa Lisboa, Portugal), F. Gao (MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE; University of California, Berkeley, California, USA), S. Gillessen (MPE), P. Guajardo (ESO, Santiago, Chile), M. Habibi (MPE), X. Haubois (ESO, Santiago, Chile), Th. Henning (MPIA), S. Hippler (MPIA), M. Horrobin (Kölns universitet, Köln, Tyskland), A. Huber (MPIA), A. Jimenez Rosales (MPE), L. Jocou (IPAG), P. Kervella (LESIA; MPIA), S. Lacour (LESIA), V. Lapeyrère (LESIA), B. Lazareff (IPAG), J.-B. Le Bouquin (IPAG), P. Léna (LESIA), M. Lippa (MPE), T. Ott (MPE), J. Panduro (MPIA), T. Paumard (LESIA), K. Perraut (IPAG), G. Perrin (LESIA), O. Pfuhl (MPE), P.M. Plewa (MPE), S. Rabien (MPE), G. Rodríguez-Coira (LESIA), G. Rousset (LESIA), A. Sternberg (School of Physics and Astronomy, Tel Aviv University, Tel Aviv, Israel, Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute, New York, USA), O. Straub (LESIA), C. Straubmeier (Kölns universitet, Köln, Tyskland), E. Sturm (MPE), L.J. Tacconi (MPE), F. Vincent (LESIA), S. von Fellenberg (MPE), I. Waisberg (MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO, Garching, Tyskland), och S. Yazici (MPE; Kölns universitet, Köln, Tyskland).

ESO är Europas främsta mellanstatliga samarbetsorgan för astronomisk forskning och med råge världens mest produktiva astronomiska observatorium. Det har 16 medlemsländer: Belgien, Danmark, Finland, Frankrike, Irland, Italien, Nederländerna, Polen, Portugal, Schweiz, Spanien, Storbritannien, Sverige, Tjeckien, Tyskland och Österrike. ESO:s ambitiösa verksamhet rör design, konstruktion och drift av avancerade markbaserade forskningsanläggningar som gör det möjligt för astronomer att göra banbrytande vetenskapliga upptäckter. ESO spelar dessutom en ledande roll i att främja och organisera samarbeten inom astronomisk forskning. ESO driver tre unika observationsplatser i Chile: La Silla, Paranal och Chajnantor. Vid Paranal finns Very Large Telescope, världens mest avancerade observatorium för synligt ljus, och två kartläggningsteleskop. VISTA arbetar i infrarött ljus och är världens största kartläggningsteleskop och VST (VLT Survey Telescope) är det största teleskopet som konstruerats enbart för att kartlägga himlavalvet i synligt ljus. ESO är en huvudpartner i ALMA, världens hittills största astronomiska projekt. Och på Cerro Armazones, nära Paranal, bygger ESO det extremt stora 39-metersteleskopet för synligt och infrarött ljus, ELT. Det kommer att bli ”världens största öga mot himlen”.

Länkar

• Forskningsartikeln

• Bilder på VLT

• ESO:s bilder på vintergatans mitt

Kontakter

Oliver Pfuhl
Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30 000 3295
E-post: pfuhl@mpe.mpg.de

Jason Dexter
Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30 000 3324
E-post: jdexter@mpe.mpg.de

Thibaut Paumard
CNRS Researcher
Observatoire de Paris, France
Tel: +33 145 077 5451
E-post: thibaut.paumard@obspm.fr

Xavier Haubois
ESO Astronomer
Santiago, Chile
Tel: +56 2 2463 3055
E-post: xhaubois@eso.org

IR Group Secretariat
Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30000 3880
E-post: ir-office@mpe.mpg.de

Hannelore Hämmerle
Public Information Officer, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 30 000 3980
E-post: hannelore.haemmerle@mpe.mpg.de

Calum Turner
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6670
E-post: pio@eso.org

Johan Warell (Presskontakt för Sverige)
ESO:s nätverk för vetenskaplig kommunikation
Skurup, Sverige
Tel: +46-706-494731
E-post: eson-sweden@eso.org

Connect with ESO on social media

Detta är den översatta versionen av ESO:s pressmeddelande eso1835 som har tagits fram inom ESON, ett nätverk av medarbetare i ESO:s medlemsländer. ESON-representanterna fungerar som lokala kontaktpersoner för media i samband med ESO:s pressmeddelanden och andra händelser. ESON:s kontaktperson i Sverige är Johan Warell.