eso2006fi — Tutkimustiedote / Pasi Nurmi
16. huhtikuuta 2020
"Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria ennustaa, että kappaleen kiertäessä toista kappaletta sidotulla radalla sen muoto ei ole suljettu, kuten Newtonin gravitaatioteoriassa, vaan rata prekessoi ratatasossa eteenpäin. Tämä kuuluisa ensimmäiseksi Merkuriuksen radassa nähty efekti oli ensimmäinen yleisen suhteellisuusteorian puolesta esitetty todiste. Sata vuotta myöhemmin olemme nähneet saman efektin tähden liikkeessä sen kiertäessä Linnunradan keskustassa sijaitsevaa kompaktia radiolähdettä. Tämä havaintoihin liittyvä läpimurto lisää todisteita sen puolesta, että Sagittarius A*:n täytyy olla neljä miljoonaa Auringon massaa painava supermassiivinen musta-aukko", tähän tulokseen johtaneen 30-vuotta kestäneen ohjelman pääarkkitehti Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics eli MPE:n johtaja Reinhard Genzel Garchingsta Saksasta sanoi.
 |
| ESO:n Very Large Telescope eli VLT-kaukoputken tekemät havainnot ovat ensimmäistä kertaa paljastaneet, että Linnunradan keskustaa kiertävä tähti liikuu aivan Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian ennusteiden mukaisesti. Tähden rata muistuttaa muodoltaan ruusuketta, eikä se ole ellipsin muotoinen, kuten Newtonin gravitaatioteoria ennustaa. Tämä kauan odotettu tulos tuli mahdolliseksi lähes kolmen vuosikymmenen aikana tehtyjen tarkkojen mittausten ansiosta, jotka ovat mahdollistaneet galaksimme ytimessä lymyilevän hirviön salaisuuksien tutkimisen. Kuva ESO/L. Calçada. |
Sagittarius A* ja sen ympärillä oleva tiheä tähtijoukko 26000 valovuoden etäisyydellä Auringosta toimivat ainutlaatuisena laboratoriona muutoin piilossa olevien äärimmäisten gravitaatioympäristöjen tutkimiselle. Yksi näistä tähdistä, eli S2 pyyhkäisee radallaan supermassiivisen mustan aukon läheltä alle 20 miljardin kilometrin etäisyydeltä (satakaksikymmentä kertaa Auringon ja Maan välinen etäisyys). Se on yksi lähimmistä tähdistä, jonka tiedetään kiertävän tätä massiivista jättiläistä. Sen ollessa lähimpänä mustaa-aukkoa, S2 viilettää avaruuden läpi nopeudella, mikä vastaa lähes kolmea prosenttia valon nopeudesta. Yhteen ratakierrokseen kuluu aikaa noin 16 vuotta. “Seurattuamme tähteä sen radalla yli kahden ja puolen vuosikymmenen ajan, ainutlaatuiset havaintomme paljastavat selkeästi S2:n Schwarzschildin prekession sen kiertäessä Sagittarius A*:ä,” Stefan Gillessen MPE:stä sanoi. Hän johti Astronomy & Astrophysics-lehdessä tänään julkaistujen havaintojen analyysiä.
 |
| Tämä simulaatio näyttää tähtien kiertoradat hyvin lähellä supermassiivista mustaa reikää Linnunradan sydämessä. Yksi näistä tähtiä, nimeltään S2, kiertää joka 16. vuosi ja kulkee hyvin lähellä mustaa reikää toukokuussa 2018. Tämä on täydellinen laboratorio testataksesi painovoimafysiikkaa ja erityisesti Einsteinin yleistä suhteellisuusteoriaa. ESO/L. Calçada/spaceengine.org |
Useimmilla tähdillä ja planeetoilla on ympyrästä poikkeavat radat ja siten ne liikkuvat välillä lähempänä ja välillä kauempana. S2:n rata prekessoi, eli radan lähimmän pisteen paikka muuttuu joka kierroksella sen kiertäessä supermassiivista mustaa aukkoa. Prekessiossa rata kiertyy ja muodostaa ruusuketta muistuttavan kuvion. Radan muutokselle voidaan tehdä tarkka ennuste yleisen suhteellisuusteorian avulla ja tämän tutkimuksen havainnot ovat täysin yhteensopivia teorian kanssa. Tämä ilmiö tunnetaan myös nimellä Schwarzschildin prekessio ja sitä ei olla koskaan aikaisemmin nähty supermassiivista mustaa-aukkoa kiertävän tähden liikkeessä.
ESO:n VLT-kaukoputken avulla tehty tutkimus antaa tutkijoille myös lisätietoja galaksimme keskustan supermassiivisesta mustasta-aukosta. “Koska S2:sta tehdyt havainnot seuraavat niin hyvin yleisen suhteellisuusteorian ennustuksia, niin voimme asettaa tiukat rajat sille paljonko näkymätöntä materiaa, kuten pimeää ainetta tai mahdollisia pieniä mustia-aukkoja Sagittarius A*:n ympäristössä voi olla. Tällä on suuri merkitys supermassiivisten mustien aukkojen muodostumisen ja kehityksen ymmärtämiselle”, projektin Ranskalaiset päätutkijat Guy Perrin ja Karine Perraut sanoivat.
Tämä tulos on huipentuma S2 tähdestä 27 vuoden aikana tehdyille havainnoille, joissa on suuremmaksi osaksi aikaa käyetty ESO:n VLT:n instrumentteja, jotka sijaitsevat Atacaman autiomaassa Chilessä. Useat mittapisteet tähden paikasta ja nopeudesta ovat todisteena tämän uuden tutkimuksen tarkkuudesta ja perinpohjaisuudesta. Ryhmä teki kaiken kaikkiaan yli 330 havaintoa, joissa käyettiin GRAVITY-, SINFONI- ja NACO-instrumentteja. Koska S2:lta kuluu vuosia supermassiivisen mustan aukon kiertämiseen, niin tähden seuraaminen lähes kolmen vuosikymmenen ajan oli välttämätöntä. Vain siten rataliikkeen pienet yksityiskohdat saatiin paljastettua.
Tutkimuksen tekijänä toimi kansainvälinen tiimi, jonka johtajana oli Frank Eisenhauer MPE:stä. Yhteistyökumppaneja oli Ranskasta, Portugalista, Saksasta ja ESO:sta. Ryhmä muodostaa GRAVITY-kollaboraation, joka on nimetty heidän kehittämänsä VLT-instrumentin mukaan. GRAVITY on ESO:n uusin isntrumentti ja sen avulla yhdistetään valo kaikista neljästä 8-metrin VLT-teleskoopista yhdeksi super-teleskoopiksi, jolloin sen erotuskyky vastaa teleskooppia, jonka halkaisja on 130 metriä. Sama ryhmä raportoi vuonna 2018 toisesta yleisen suhteellisuusteorian ennustamasta ilmiöstä, jossa he näkivät S2:sta tulevan valon venyvän kohti pidempiä aallonpituuksia, kun tähti kulki Sagittarius A*:n läheltä. “Aikaisempi tuloksemme on osoittanut, että tähdestä itsestään tuleva valo kokee yleisen suhteellisuusteorian ennustaman vaikutuksen", yksi GRAVITY-projektin päätutkijoista Paulo Garcia Portugalin 'Centre for Astrophysics and Gravitation'-yksiköstä sanoi.
Tutkimusryhmä uskoo, että ESO:n tulevan Extremely Large Telescope kaukoputken avulla he pystyvät näkemään paljon himmeämpien tähtien kiertävän vielä lähempänä mustaa-aukkoa. “Jos olemme onnekkaita, niin voimme nähdä tähden riittävän lähellä, jotta se pystyy tuntemaan mustan aukon pyörimisen eli spinin”, toinen projektin päätutkijoista Andreas Eckart Cologne yliopistosta sanoi. Tämä merkitsisi sitä, että tähtitieteilijät pystyisivät mittaamaan kaksi suuretta, eli spinin ja massan, jotka yhdessä määrittävät Sagittarius A*:n ominaisuudet ja siten määräävät myös sen ympärillä olevan aika-avaruuden ominaisuudet. “Se olisi taas täysin uudenlainen taso yleisen suhteellisuusteorian testaamiselle", Eckart sanoi.
Linkit
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti