2016.07.01. - Új eszközzel kezdték észlelni Chiléből a Tejútrendszer centrumát

Európai csillagászok az ESO VLT távcsőegyüttesének új műszerével sikeresen észlelték a Galaxis centrumát uraló szupernagy tömegű fekete lyuk körül keringő S2 csillagot, pozícióját pedig minden eddiginél pontosabban mérték.

A GRAVITY nevű műszer az ESO VLT távcsőegyüttesének második generációs új eszköze, a VLT Interferométer része, és segítségével először lehet mind a négy 8,2 méteres teleszkóp fényét interferometikus üzemmódban kombinálni, olyan térbeli felbontást és pozíció-mérési pontosságot elérve, amely megfelel egy 130 méteres - természetesen ma csak elméletben létező - egyedi távcső lehetőségeinek. A 8,2 méteres távcsövekéhez viszonyított nagyjából 15-szörös javulás eredményeként a GRAVITY soha nem látott pontossággal mérheti majd az égitestek pozícióit.

A kutatók egyik fő célja a GRAVITY-vel a Tejútrendszer centrumát elfoglaló mintegy 4 millió naptömegű fekete lyuk környezetének részletes megfigyelése. Bár a szupernagy tömegű fekete lyuk pozíciója és tömege már 2002 óta ismert, a körülötte keringő csillagok mozgásának pontos mérésével a GRAVITY lehetővé teszi majd, hogy a kutatók eddig elképzelhetetlen pontossággal térképezzék fel a fekete lyuk körüli gravitációs teret, különleges tesztnek vetve alá így Einstein általános relativitáselméletét is.

Ezen cél fényében már a GRAVITY első észlelései is rendkívül biztatóak. A műszert építő kutatócsoport tagjai az Sgr A* szupernagy tömegű fekete lyuk körül 16 éves periódussal keringő S2 jelű csillagot figyelték meg az új eszközzel. A teszt hatásosan demonstrálta a GRAVITY képességeit, mivel a nagyon halvány csillagot már néhány perc után érzékelte. A csoport rövidesen a keringő csillag pozícióinak olyan pontosságú észlelésére lesz képes, ami egy sokkal közelebbről vett példával azt jelentené, hogy a Hold felszínén lévő objektumok helyzetét centiméteres pontossággal tudnánk meghatározni. Ez pedig azt is lehetővé teszi, hogy teszteljék, a fekete lyuk körüli mozgás megfelel-e az einsteini általános relativitáselméletét előrejelzéseinek, vagy sem. Az új észlelések jelzik, hogy ehhez a galaktikus centrumnál nincs alkalmasabb laboratórium.

A galaktikus centrum. A új GRAVITY interferometikus észlelései során az IRS 16C jelű csillagot használták referenciaként, az észlelési célpont pedig az S2 jelű csillag volt. A 4 millió naptömegű, Sgr A* elnevezésű szupernagy tömegű fekete lyuk pozícióját narancssárga kereszt jelöli.
[ESO/MPE/S. Gillessen et al.]

A kutatócsoport vezetője, Frank Eisenhauer (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching) szerint varázslatos pillanat volt, amikor nyolc év kemény munka után a fénynyalábok először interferáltak az új berendezésben. A mérés során elsőként egy közeli fényes csillaggal stabilizálták az interferencia-mintázatot, majd néhány perc múlva már a halvány célobjektum mintázata is feltűnt, a csoport tagjainak nagy ovációja mellett. Első pillantásra se a referencia-csillagnak, se az S2-nek nincs akkora tömegű kísérője, amely zavarhatná a megfigyeléseket és az analízist. Eisenhauer szerint mindkettő ideális a céljaikra.

A sikeres teszt éppen jókor zajlott le, mivel az S2 2018-ban pályájának a fekete lyukhoz legközelebbi pontjába kerül, mindössze 17 fényóra távolságban lesz attól, 30 millió km/h sebességgel, ami a fénysebességnek 2,5%-a. Ebben a távolságban az általános relativitáselmélet hatásai még hangsúlyosabban jelentkeznek, a lehetőség megismétlődésére pedig újabb 16 évet kellene várni.

Fantáziakép a Tejútrendszer központját uraló szupernagy tömegű fekete lyuk körül keringő csillagokról. 2018-ban az S2 jelű a fekete lyukhoz nagyon közel fog elhaladni, ez az esemény pedig egyedülálló lehetőséget biztosít majd az általános relativitáselmélet nagyon erős gravitációs terekre vonatkozó előrejelzéseinek tesztelésére. Az ESO VLT Interferométerének GRAVITY műszere kiváló eszköz a csillagok pozíciójának mérésére, ahogyan azt az S2 esetében már bizonyították is a tervezői és építői. Az S2 pályáját vörös vonal, a fekete lyuk pozícióját pedig vörös kereszt jelzi.
[ESO/L. Calçada]

A kutatók - szintén először - egyszerre két effektust is tudnak majd tanulmányozni a fekete lyuk körül keringő csillag megfigyelésével: a gravitációs vörösödést és a pericentrum precesszióját. A vörösödés oka az, hogy a csillag fénye nagyon erős gravitációs terében mozog, így a szökés közben energiát veszít, azaz a hullámhossza nő, vörösödik. A pericentrum precessziójának oka, hogy a csillag pályája valójában nem zárt görbe (ellipszis), ha azonban minden pillanatban azzal közelítjük, úgy tűnik, hogy ez az ellipszis a pályasíkban forog. A fél nagytengely iránya a fekete lyukhoz legközelebbi pozíció környékén körülbelül fél fokot fordul el. A jelenség a Merkúr bolygó pályája esetében is megfigyelhető - tulajdonképpen ennek pontos előrejelzése volt az általános relativitáselmélet első sikere -, de a pályaellipszis keringésenkénti elfordulása nagyjából 6500-szor kisebb, mint a fekete lyuk szélsőséges környezetében. A galaktikus centrum sokkal nagyobb távolsága miatt azonban a közel négy nagyságrenddel nagyobb effektus is jóval nehezebben észlelhető, mint a Naprendszerben.

Forrás:

• eso1622 - Organisation Release