Udane pierwsze obserwacje centrum Galaktyki za pomocą GRAVITY
Dodane przez jacek dnia 25/06/2016 15:52:14
eso,the supermassive black hole at the centre of the Milky Way Artist’s impression of the star S2 passing very close to the supermassive black hole at the centre of the Milky Way
This artist’s impression shows stars orbiting the supermassive black hole at the centre of the Milky Way. In 2018 one of these stars, S2, will pass very close to the black hole and this event will be the best opportunity to study the effects of very strong gravity and test the predictions of Einstein’s general relativity in the near future.
The GRAVITY instrument on the ESO Very Large Telescope Interferometer is the most powerful tool for measuring the positions of these stars in existence and it was successfully tested on the S2 star in the summer of 2016. The orbit of S2 is shown in red and the position of the central black hole is marked with a red cross.
Źródło:ESO/L. Calçada
Europejski zespół astronomów użył nowego instrumentu GRAVITY, na należącym do ESO teleskopie VLT, w celu wykonania interesujących obserwacji centrum Drogi Mlecznej, poprzez połączenie po raz pierwszy światła z czterech 8,2-metrowych Teleskopów Głównych. Wyniki te stanowią zapowiedź rewolucyjnych odkryć naukowych, których będzie dostarczać GRAVITY, gdy będzie badać ekstremalnie silne pola grawitacyjne w pobliżu supermasywnej czarnej dziury i testować ogólną teorię względności Einsteina.
Treść rozszerzona

Europejski zespół astronomów użył nowego instrumentu GRAVITY na należącym do ESO teleskopie VLT w celu wykonania interesujących obserwacji centrum Drogi Mlecznej, poprzez połączenie po raz pierwszy światła z czterech 8,2-metrowych Teleskopów Głównych. Wyniki te stanowią zapowiedź rewolucyjnych odkryć naukowych, których będzie dostarczać GRAVITY, gdy będzie badać ekstremalnie silne pola grawitacyjne w pobliżu supermasywnej czarnej dziury i testować ogólną teorię względności Einsteina.

Instrument GRAVITY działa obecnie na czterech 8,2-metrowych Teleskopach Głównych wchodzących w skład Very Large Telescope (VLT). Patrząc na wstępne testowe wyniki wiadomo, że wkrótce będzie dostarczać światowej klasy rezultaty naukowe.

GRAVITY jest częścią Interferometru VLT. Łącząc światło z czterech teleskopów może uzyskać rozdzielczość przestrzenną i precyzję pomiaru taką, jak teleskop o średnicy 130 metrów. Odpowiednie zyski w zdolności rozdzielczej i dokładności pozycyjnej — lepiej o czynnik 15 w stosunku do pojedynczego 8,2-metrowego Teleskopu Głównego VLT — pozwolą GRAVITY na dokonywanie niesamowicie dokładnych pomiarów obiektów astronomicznych.

eso,The centre of the Milky Way The centre of the Milky Way
Image of the galactic centre. For the interferometric GRAVITY observations the star IRS 16C was used as a reference star, the actual target was the star S2. The position of the centre, which harbours the (invisible) black hole known as Sgr A*,with 4 million solar masses, is marked by the orange cross.
Źródło:ESO/MPE/S. Gillessen et al.

Jednym z głównych celów GRAVITY są dokładne obserwacje otoczenia czarnej dziury o masie 4 milionów mas Słońca w samym centrum Drogi Mlecznej [1]. Pomimo tego, że pozycja i masa czarnej dziury jest znana od 2002 roku, to dokonanie precyzyjnych pomiarów ruchów gwiazd krążących po orbitach wokół czarnej dziury, pozwoli astronomom zbadać pole grawitacyjne wokół niej w niespotykanych detalach, umożliwiając unikatowy test ogólnej teorii względności Einsteina.

Pod tym względem pierwsze obserwacje za pomocą GRAVITY są bardzo ekscytujące. Zespół GRAVITY [2] użył instrumentu do obserwacji gwiazdy znanej jako S2, na jej orbicie wokół czarnej dziury w centrum naszej galaktyki z okresem zaledwie 16 lat. Testy te są imponującą demonstracją czułości GRAVITY, gdyż udało się zobaczyć te słabą gwiazdę po zaledwie kilku minutach obserwacji.

Wkrótce zespół będzie także w stanie uzyskać ultraprecyzyjne pozycje orbitujących gwiazd, odpowiadające pomiarom pozycji obiektów na Księżycu z precyzją centymetrową. Pozwoli to na ustalenie czy ruchy wokół czarnej dziury zachodzą zgodnie z przewidywaniami ogólnej teorii względności Einsteina – czy też nie. Nowe obserwacje pokazują, że centrum Galaktyki to idealne laboratorium.

"Dla całego zespołu była to fantastyczna chwila, gdy światło od gwiazdy po raz pierwszy uległo interferencji - po ośmiu latach ciężkiej pracy" mówi główny naukowiec GRAVITY, Frank Eisenhauer z Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics w Garching (Niemcy). "Najpierw w sposób aktywny ustabilizowaliśmy interferencję na bliskiej jasnej gwieździe, a już kilka minut później mogliśmy zobaczyć interferencję od słabej gwiazdy - przybiliśmy wiele piątek". Na pierwszy rzut oka, zarówno gwiazda odniesienia, jak i gwiazda orbitująca nie posiadają masywnych towarzyszy, których obecność skomplikowałaby obserwacje i analizy. "Są idealne do testu" wyjaśnił Eisenhauer.

Doniesienia o sukcesie nie nadeszły za wcześnie. W 2018 roku gwiazda S2 znajdzie się najbliżej czarnej dziury, w odległości zaledwie 17 lat świetlnych, podróżując prawie 30 milionów kilometrów na godzinę, czyli 2,5% prędkości światła. W tej odległości efekty wynikające z ogólnej teorii względności powinny być najbardziej uwypuklone, a obserwacje GRAVITY dadzą ich najważniejsze wyniki [3]. Taka okazje nie powtórzy się przez kolejne 16 lat.

Uwagi

[1] Centrum Drogi Mlecznej, naszej rodzimej galaktyki, znajduje się na niebie w gwiazdozbiorze Strzelca i jest odległe o około 25 000 lat świetlnych od Ziemi.

[2] Konsorcjum GRAVITY obejmuje: Max Planck Institutes for Extraterrestrial Physics (MPE) and Astronomy (MPIA), LESIA of Paris Observatory and IPAG of Université Grenoble Alpes/CNRS, University of Cologne, Centro Multidisciplinar de Astrofísica Lisbon and Porto (SIM) oraz ESO.

[3] Zespół będzie w stanie po raz pierwszy zmierzyć efekty relatywistyczne dotyczące gwiazd okrążających masywną czarną dziurę – poczerwienienie grawitacyjny (grawitacyjny redshift) oraz precesję perycentrum. Poczerwienienie powstaje ponieważ światło od gwiazdy aby uciec na zewnątrz musi poruszać się na przekór silnemu polu grawitacyjnemu masywnej czarnej dziury. Gdy to czyni, traci energię, co manifestuje się w poczerwienieniu światła. Drugi z efektów dotyczy gwiazy znajdującej się na orbicie i prowadzi do odchyłki od idealnej elipsy. Orientacja elipsy rotuje o około pół stopnia w płaszczyźnie orbity gdy gwiazda przechodzi blisko czarnej dziury. Ten sam efekt został zaobserwowany w przypadku Merkurego okrążającego Słońce – w tym przypadku jest 50 razy słabszy niż w ekstremalnej bliskości czarnej dziury. Większa odległość powoduje, że znacznie trudniej go zaobserwować w centrum Galaktyki niż w Układzie Słonecznym.


Artist’s impression of the star S2 passing very close to the supermassive black hole at the centre of the Milky Way

Linki

Kontakt

Krzysztof Czart
Centrum Astronomii UMK