eso2119da — Pressemeddelelse

Stjerner suser rundt om det supertunge sorte hul i centrum af Mælkevejen, som du aldrig har set det før

14. december 2021

I nye billeder af området omkring det supertunge sorte hul i centrum af Mælkevejen er der fundet en aldrig-før-set-stjerne tæt ved det sorte hul. Ved at følge banerne for en række stjerner meget tæt ved centeret af Mælkevejen, har en forskergruppe foretaget den til nu mest præcise bestemmelse af, hvor meget det supertunge sorte hul vejer. Det er målinger med European Southern Observatorys Very Large Telescope Interferometer (ESOs VLTI), som har givet billeder med 20 gange større opløsning end det før har været muligt.

"Vi vil gerne lære mere om det sorte hul i Mælkevejens centrum - det, som kaldes Sagittarius A*. Hvor meget vejer det præcist? Roterer det? Opfører stjernerne omkring det sig nøjagtigt som forventet ifølge Einsteins Generelle Relativitetsteori? Den bedste måde at få svar på de spørgsmål er ved at følge stjerner, som kredser tæt ved det supertunge sorte hul. Og i artiklen her viser vi, at det kan gøres med større nøjagtighed end nogensinde før," forklarer Reinhard Genzel, som er leder ved Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) in Garching i Tyskland, og som har modtaget Nobelprisen 2020 for forskning omkring Sagittarius A*. De seneste resultater fra Genzel og hans forskerhold er en fortsættelse af et arbejde hen over tre årtier med at følge stjernerne, som kredser tæt omkring Mælkevejens supertunge sorte hul, og de bliver offentliggjort idag i to artikler i tidsskriftet Astronomy & Astrophysics.

I forbindelse med arbejdet med at finde endnu flere stjerner tæt ved de sorte hul har forskerholdet, som kendes som GRAVITY-samarbejdet, udviklet en ny analyseteknik, og med den har de nu frembragt de hidtil dybeste og skarpeste billeder af vores galakses centrum. "VLTI giver os en utrolig rumlig opløsning, og med de nye billeder kan vi nå endnu dybere end tidligere. Vi er helt målløse over, hvor mange detaljer, vi kan se af stjernernes bevægelser og antal omkring det sorte hul," forklarer Julia Stadler, som forsker ved Max Planck Institute for Astrophysics in Garching, og som har ledet forskerholdets arbejde med at skabe billederne i den tid, hvor hun har arbejdet ved MPE. Bemærkelsesværdigt er det især, at de har fundet en stjerne, som kaldes S300, og som ikke tidligere er blevet observeret. Det viser, hvor stærk metoden er, hvad angår opgaven med at finde meget svagtlysende objekter tæt ved Sagittarium A*.

Ved de seneste observationer foretaget imellem marts og juli 2021 har forskerholdet fokuseret på at foretage præcise målinger på stjerner, som nærmer sig det sorte hul. Iblandt dem er rekordholderen S29, som passerede tættest forbi det sorte hul sent i maj 2021. Afstanden var da blot 13 milliarder kilometer - svarende til 90 gange afstanden imellem Solen og Jorden, og hastigheden var så stor som 8740 kilometer i sekundet. Aldrig før er en stjerne observeret så tæt på det sorte hul og med så stor en hastighed.

Astronomernes målinger og billeder er muliggjorte takket være GRAVITY, som er et enestående instrument, som er udviklet af forskningssamarbejdet til brug ved ESOs VLTI i Chile. GRAVITY kombinerer lyset fra alle fire 8,2 meter-teleskoper, som udgør ESOs Very Large Telescope (VLT) med en teknik, som kaldes interferometri. Det er en kompliceret teknik, "men i sidste ende opnår man billeder, som er 20 gange skarpere end hvad man kan få fra et enkelt af VLT-teleskoperne, og det afslører flere af hemmelighederne i galaksens centrum," siger Frank Eisenhauer fra MPE, som er ledende forsker i GRAVITY-samarbejdet.

"Når man følger stjernerne, som kredser tæt omkring Sagittarius A*, kan vi med stor præcision undersøge tyngdefeltet omkring det tunge sorte hul, som er tættest på Jorden, med det formål at afprøve Den Generelle Relativitetsteori og at studere egenskaberne ved det sorte hul," forklarer Genzel. De nye observationer i kombination med de tidligere data, som forskerholdet har indsamlet, bekræfter at stjernerne følger baner præcist som de er forudsagt af Den Generelle Relativitetesteori for objekter i kredsløb om et sort hul med en masse på 4,30 millioner solmasser. Det er det hidtil mest præcise tal for hvor meget Mælkevejens centrale sorte hul vejer. Forskerne har også haft held til at finjustere afstanden til Sagittarius A*: Objektet er 27 000 lysår fra os på Jorden.

Til grund for de nye billeder ligger astronomernes anvendelse af en maskinlæringsteknik, som kaldes Information Field Theory. De producerede en model af, hvordan de ægte kilder måske ser ud. Så simulerede de hvordan GRAVITY ville se dem, og sammenlignede simuleringen med hvad GRAVITY så faktisk så. Det gjorde det muligt at finde og følge stjernerne omkring Sagittarius A* med en hidtil uset dybde og nøjagtighed. Ud over observationerne med GRAVITY har forskerne også brugt data fra  NACO og  SINFONI, som er to tidligere instrumentet koblet på VLT, og desuden målinger fra Keck Observatoriet på Hawaii og NOIRLabs Geminiobservatorium i USA.

GRAVITY bliver senere i dette årti opdateret til GRAVITY+, som også bliver installeret på ESOs VLTI, og som kommer til at forbedre nøjagtigheden yderligere, så man vil kunne finde endnu svagere stjerner endnu tættere på det sorte hul. Målet for forskerne er i sidste ende af finde stjerner, som er så tæt på, at deres baner vil afsløre tyngdekraftseffekterne forårsaget af det sorte huls rotation. ESOs kommende Extremely Large Telescope (ELT), som er under opbygning i Chiles Atacamaørken, vil gøre det muligt for forskerholdet at måle hastigheden for disse stjerner med meget høj præcision. "Med GRAVITY+ og ELT i kombination vil vi kunne finde ud af, hvor hurtigt det sorte hul roterer," siger Eisenhauer. "Det er noget, som ingen hidtil har kunnet gøre."

Mere information

Forskningsresultaterne her offentliggøres i to artikler fra GRAVITY samarbejdet i tidsskriftet Astronomy & Astrophysics.

Forskerholdet bag artiklen med titlen “The mass distribution in the Galactic Centre from interferometric astrometry of multiple stellar orbits” (doi:10.1051/0004-6361/202142465) består af: R. Abuter (European Southern Observatory, Garching, Tyskland [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, Tyskland [MPE] and Department of Physics, University of Illinois, USA), J. P. Berger (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble, Frankrig [IPAG] and ESO), H. Bonnet (ESO), G. Bourdarot (IPAG and MPE), W. Brandner (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Tyskland [MPIA]), V. Cardoso (CENTRA and CERN, Genève, Schweiz), Y. Clénet (Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université de Paris, Meudon, Frankrig [LESIA]), Y. Dallilar (MPE), R. Davies (MPE), P. T. de Zeeuw (Sterrewacht Leiden, Leiden University [Leiden], Nederlandene and MPE), J. Dexter (Department of Astrophysical & Planetary Sciences, JILA, Duane Physics Bldg.,University of Colorado [Colorado], Boulder, USA), A. Drescher (MPE), A. Eckart (1st Institute of Physics, University of Cologne, Tyskland [Cologne] and Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Tyskland), F. Eisenhauer (MPE), N. M. Förster Schreiber (MPE), P. Garcia (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Portugal and CENTRA), F. Gao (Hamburger Sternwarte, Universität Hamburg, Tyskland and MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE and 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]), G. Heißel (LESIA), T. Henning (MPIA), S. Hippler (MPIA), M. Horrobin (Cologne), L. Jochum (ESO Chile), L. Jocou (IPAG), A. Kaufer (ESO Chile), P. Kervella (LESIA), S. Lacour (LESIA), V. Lapeyrère (LLESIA), 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 and 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 (Cologne), 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 and Cologne), and A. Young (MPE). 

Forskerholdet bag artiklen med titlen  “Deep images of the Galactic Center with GRAVITY” (doi:10.1051/0004-6361/202142459) består af: R. Abuter (ESO), P. Arras (Max Planck Institute for Astrophysics [MPA], Garching, Tyskland and Department of Physics, Technical University Munich [TUM], Garching, Tyskland), M. Bauböck (MPE and Department of Physics, University of Illinois, USA), H. Bonnet (ESO), W. Brandner (MPIA), G. Bourdarot (IPAG and MPE), V. Cardoso (CENTRA and CERN), Y. Clénet (LESIA), P. T. de Zeeuw (Leiden and MPE), J. Dexter (Colorado and MPE), Y. Dallilar (MPE), A. Drescher (MPE), A. Eckart (Cologne and Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Tyskland), F. Eisenhauer (MPE), T. Enßlin (MPA), N. M. Förster Schreiber (MPE), P. Garcia (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Portugal and CENTRA), F. Gao (Hamburger Sternwarte, Universität Hamburg, Tyskland and MPE),  E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE and Departments of Physics and Astronomy, Le Conte Hall, University of California, Berkeley, USA), S. Gillessen (MPE), M. Habibi (MPE), X. Haubois (ESO Chile), G. Heißel (LESIA), 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), D. Lutz (MPE), T. Ott (MPE) , T. Paumard (LESIA) , K. Perraut (IPAG) , G. Perrin (LESIA) , O. Pfuhl (ESO and MPE), S. Rabien (MPE), J. Shangguan (MPE), T. Shimizu (MPE), S. Scheithauer (MPIA), J. Stadler (MPE , O. Straub (MPE), C. Straubmeier (Cologne), E. Sturm (MPE), L.J. Tacconi (MPE), K. R. W. Tristram (ESO Chile), 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), S. Yazici (MPE and Cologne), A. Young (MPE) and G. Zins (ESO).

The European Southern Observatory (ESO) enables scientists worldwide to discover the secrets of the Universe for the benefit of all. We design, build and operate world-class observatories on the ground — which astronomers use to tackle exciting questions and spread the fascination of astronomy — and promote international collaboration in astronomy. Established as an intergovernmental organisation in 1962, today ESO is supported by 16 Member States (Austria, Belgium, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Ireland, Italy, the Netherlands, Poland, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom), along with the host state of Chile and with Australia as a Strategic Partner. ESO’s headquarters and its visitor centre and planetarium, the ESO Supernova, are located close to Munich in Germany, while the Chilean Atacama Desert, a marvellous place with unique conditions to observe the sky, hosts our telescopes. ESO operates three observing sites: La Silla, Paranal and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope and its Very Large Telescope Interferometer, as well as two survey telescopes, VISTA working in the infrared and the visible-light VLT Survey Telescope. Also at Paranal ESO will host and operate the Cherenkov Telescope Array South, the world’s largest and most sensitive gamma-ray observatory. Together with international partners, ESO operates APEX and ALMA on Chajnantor, two facilities that observe the skies in the millimetre and submillimetre range. At Cerro Armazones, near Paranal, we are building “the world’s biggest eye on the sky” — ESO’s Extremely Large Telescope. From our offices in Santiago, Chile we support our operations in the country and engage with Chilean partners and society. 

Links

Kontakter

Ole J. Knudsen
ESON-Danmark, Stellar Astrophysics Centre, Aarhus Universitet
Aarhus, Danmark
Tel: 8715 5597
Mobil: 4059 45 20
Email: ojk@phys.au.dk

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

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

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

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

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

Connect with ESO on social media

Dette er en oversættelse af ESO pressemeddelelse eso2119 lavet af ESON - et netværk af personer i ESOs medlemslande, der er kontaktpunkter for medierne i forbindelse med ESO nyheder, pressemeddelelser mm.

Om pressemeddelelsen

Pressemeddelelse nr.:eso2119da
Navn:Black hole, Sagittarius A*
Type:Milky Way : Galaxy : Component : Central Black Hole
Facility:Very Large Telescope Interferometer
Instruments:GRAVITY
Science data:2022A&A...657A..82G

Billeder

ESOs VLTI viser billeder at stjerner i centrum af Mælkevejen
ESOs VLTI viser billeder at stjerner i centrum af Mælkevejen
Stjerner omkring Sgr A* in marts 2021
Stjerner omkring Sgr A* in marts 2021
Stjerner omkring Sgr A* in maj 2021
Stjerner omkring Sgr A* in maj 2021
Stjerner omkring Sgr A* in juni 2021
Stjerner omkring Sgr A* in juni 2021
Stjerner omkring Sgr A* in juli 2021
Stjerner omkring Sgr A* in juli 2021
Vidvinkeloptagelse af centeret af Mælkevejen
Vidvinkeloptagelse af centeret af Mælkevejen
Sagittarius A* i stjernebilledet Sagittarius
Sagittarius A* i stjernebilledet Sagittarius

Videoer

Se hvordan stjernerne kredser omkring det sorte hul i Mælkevejens centrum (ESOcast 248 Light)
Se hvordan stjernerne kredser omkring det sorte hul i Mælkevejens centrum (ESOcast 248 Light)
Animeret videosekvens sammensat af VLTI-billederne af stjerner omkring Mælkevejens centrale sorte hul
Animeret videosekvens sammensat af VLTI-billederne af stjerner omkring Mælkevejens centrale sorte hul
Zoom ind imod det sorte hul i Mælkevejens centrum
Zoom ind imod det sorte hul i Mælkevejens centrum