Sledujte pohyb hvězd kolem černé díry v centru Galaxie na záběrech s dosud nejhlubším dosahem

„Chceme se dozvědět více o černé díře ve středu Mléčné dráhy, objektu označovaném Sagittrius A*.  Kolik přesně váží? Otáčí se? Chovají se objekty v její blízkosti přesně tak, jak očekáváme podle Einsteinovy obecné teorie relativity? A nejlepší způsob, jak na tyto otázky odpovědět, je sledovat hvězdy, jak obíhají blízko černé díry. My v této práci ukazujeme, že jsme schopni tato měření provádět s ještě vyšší přesností, než bylo dosud možné,“ vysvětluje Reinhard Genzel (ředitel Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, MPE, Garching, Německo), který v roce 2020 získal za výzkum objektu Sagittarius A* Nobelovu cenu. Poslední výsledky týmu pod vedením Reinharda Genzela, které dále rozšiřují třicet let trvající výzkum hvězd obíhajících superhmotnou černou díru ve středu Galaxie, byly oznámeny ve dvojici článků publikovaných ve vědeckém časopise Astronomy & Astrophysics.

Při pátrání po dalších hvězdách ležících v blízkosti černé díry členové týmu známého jako „GRAVITY collaboration“ vyvinuli nové metody analýzy, které jim umožnily získat nejostřejší a nejhlubší záběry středu Galaxie, jaké máme zatím k dispozici. „VLTI nám poskytuje neuvěřitelné prostorové rozlišení a na těchto nových snímcích vidíme také slabší hvězdy než kdykoliv předtím. Žasneme nad detaily, pohybem a množstvím hvězd, které záběry okolí černé díry odhalují,“ popisuje vědecká pracovnice Julia Stadler (Max Planck Institute for Astrophysics, MPE), vedoucí týmu, který usiloval o zdokonalení zobrazení. Vědcům se podařilo identifikovat hvězdu, která dostala označení S300 a dosud pozorována nebyla, což je důkazem účinnosti použité metody, pokud jde o zachycení velmi slabých objektů v blízkosti Sagittarius A*.         

Během posledních pozorování, která členové týmu prováděli od března do července 2021, se zaměřili na přesná měření polohy hvězd při jejich přibližování k černé díře. Mezi nimi byla také  držitelka rekordu S29, která prošla nejbližším bodem dráhy na konci května 2021. Přiblížila se k černé díře na vzdálenost 13 miliard kilometrů (což je asi jen 90krát více, než dělí Slunce a Zemi) a pohybovala se při tom rychlostí 8 740 kilometrů za sekundu. Dosud žádná hvězda nebyla pozorována při takto těsném přiblížení a v takto vysoké rychlosti. 

Měření a snímky, které členové týmu získali, bylo možné pořídit díky zařízení GRAVITY, unikátnímu přístroji zkonstruovanému pro interferometr VLTI (Very Large Telescope Interferometr), který pracuje na Observatoři Paranal v Chile. GRAVITY umí zkombinovat světlo získané všemi čtyřmi dalekohledy ESO/VLT s primárními zrcadly o průměru 8,2 m. Tato technika pozorování je velmi složitá na provedení. „Ve výsledku ale získáte záběry 20krát ostřejší než ty pořízené jednotlivými dalekohledy VLT, které vám umožní odhalovat tajemství centra Galaxie,“ říká Frank Eisenhauer (MPE), vedoucí vývoje přístroje GRAVITY. 

„Sledování hvězd na blízkých oběžných drahách kolem Sagittarius A* nám umožňuje detailně zkoumat gravitační pole kolem nejbližší superhmotné černé díry, testovat předpovědi obecné teorie relativity a určovat vlastnosti černé díry,“ vysvětluje Rainhard Genzel. Tato nová pozorování v kombinaci se staršími daty potvrdila, že hvězdy sledují dráhy přesně tak, jak popisuje teorie pro objekty pohybující se kolem černé díry o hmotnosti 4,30 milionu Sluncí. Jde o dosud nejpřesnější odhad hmotnosti centrální černé díry Mléčné dráhy. Vědci rovněž zpřesnili odhad vzdálenosti k objektu Sagittarius A* na 27 000 světelných let.    

K získání nových záběrů astronomové použili metody strojového učení známé jako „teorie informačního pole“ (Information Field Theory). Vytvořili model popisující, jak skutečné zdroje mohou vypadat; simulovali, jak by je měl vidět přístroj GRAVITY, a srovnali tyto výsledky s pozorováním. To vědcům umožnilo nalézt a sledovat hvězdy pohybující se kolem Sagittarius A* s dosud nedosažitelným dosahem a přesností. Kromě pozorování získaných pomocí GRAVITY členové týmu využili také data ze zařízení NACO a SINFONI, tedy dvojice starších přístrojů pro VLT, stejně jako měření provedená na Keck Observatory (Havaj, USA) a NOIRLab Gemini Observatory (USA).

Přístroj GRAVITY bude ve druhé polovině tohoto desetiletí vylepšen na variantu GRAVITY+, která bude rovněž instalována na VLTI a dále posune citlivost zařízení tak, aby bylo schopné zaznamenat ještě slabší hvězdy ještě blíže černé díry. Cílem týmu je případně najít hvězdy tak blízké, že by jejich dráhy mohly být ovlivňovány dokonce gravitačními efekty vyvolanými rotací černé díry. Budovaný velký dalekohled ESO/ELT (Extremely Large Telescope) pak vědcům umožní měřit rychlosti těchto hvězd s ještě větší přesností. „Společnými silami GRAVITY+ a dalekohledu ELT budeme schopni zjistit, jak rychle černá díra rotuje. A to zatím nikdo nedokázal,“ dodává Frank Eisenhauer.

Další informace

Výzkum byl prezentován ve dvojici článků publikovaných pod hlavičkou GRAVITY Collaboration, které byly zveřejněny v časopise Astronomy & Astrophysics.

Autoři článku “The mass distribution in the Galactic Centre from interferometric astrometry of multiple stellar orbits” (doi:10.1051/0004-6361/202142465): R. Abuter (European Southern Observatory, Garching, Německo [ESO]), A. Amorim (Universidade de Lisboa - Faculdade de Ciências, Portugalsko a Centro de Astrofísica e Gravitação, IST, Universidade de Lisboa, Portugalsko [CENTRA]), M. Bauböck (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Německo [MPE] a Department of Physics, University of Illinois, USA), J. P. Berger (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble, Francie [IPAG] a ESO), H. Bonnet (ESO), G. Bourdarot (IPAG a MPE), W. Brandner (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Německo [MPIA]), V. Cardoso (CENTRA a CERN, Genève, Švýcarsko), Y. Clénet (Observatoire de Paris, Université PSL, CNRS, Sorbonne Université, Université de Paris, Meudon, Francie [LESIA]), Y. Dallilar (MPE), R. Davies (MPE), P. T. de Zeeuw (Sterrewacht Leiden, Leiden University [Leiden], Nizozemí a 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, Německo [Cologne] a Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Německo), F. Eisenhauer (MPE), N. M. Förster Schreiber (MPE), P. Garcia (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Portugalsko a CENTRA), F. Gao (Hamburger Sternwarte, Universität Hamburg, Německo a MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE a 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 a 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 a Cologne) a A. Young (MPE). 

Autoři článku “Deep images of the Galactic Center with GRAVITY” (doi:10.1051/0004-6361/202142459): R. Abuter (ESO), P. Arras (Max Planck Institute for Astrophysics [MPA], Garching, Německo a Department of Physics, Technical University Munich [TUM], Garching, Německo), M. Bauböck (MPE a Department of Physics, University of Illinois, USA), H. Bonnet (ESO), W. Brandner (MPIA), G. Bourdarot (IPAG a MPE), V. Cardoso (CENTRA a CERN), Y. Clénet (LESIA), P. T. de Zeeuw (Leiden a MPE), J. Dexter (Colorado a MPE), Y. Dallilar (MPE), A. Drescher (MPE), A. Eckart (Cologne a Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Německo), F. Eisenhauer (MPE), T. Enßlin (MPA), N. M. Förster Schreiber (MPE), P. Garcia (Faculdade de Engenharia, Universidade do Porto, Portugalsko a CENTRA), F. Gao (Hamburger Sternwarte, Universität Hamburg, Německo a MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE a 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 a 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, Izrael a MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO), S. Yazici (MPE a Cologne), A. Young (MPE) a G. Zins (ESO).

Evropská jižní observatoř (ESO) umožňuje vědcům z celého světa objevovat tajemství vesmíru ku prospěchu všech. Navrhujeme, stavíme a provozujeme pozemní observatoře světové úrovně, které astronomové využívají k řešení vzrušujících otázek a šíření fascinace astronomií. Podporujeme mezinárodní spolupráci v astronomii. ESO byla založena jako mezivládní organizace v roce 1962 a dnes ji tvoří 16 členských států  – Belgie, Česko, Dánsko, Finsko, Francie, Irsko, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie – a dvojice strategických partnerů – Chile, která hostí všechny observatoře ESO, a Austrálie. Ústředí ESO, návštěvnické centrum a planetárium ESO Supernova se nachází v blízkosti Mnichova v Německu, zatímco chilská poušť Atacama, úžasné místo s jedinečnými podmínkami pro pozorování oblohy, hostí naše dalekohledy. ESO provozuje tři observatoře: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na hoře Paranal jsou to dalekohled VLT (Very Large Telescope) a interferometr VLTI (Very Large Telescope Interferometer), stejně jako dva přehlídkové teleskopy – VISTA pracující v infračervené oblasti a VST (VLT Survey Telescope) pro viditelné světlo. Na Observatoři Paranal bude ESO také hostit a provozovat pole teleskopů CTAS (Cherenkov Telesope Array South) pro detekci Čerenkovova záření v atmosféře – největší a nejcitlivější observatoř gama záření na světě. Společně s mezinárodními partnery provozuje ESO teleskopy pro milimetrovou a submilimetrovou oblast APEX a ALMA pracující na planině Chajnantor. Na hoře Cerro Armazones poblíž Paranalu stavíme nový dalekohled ELT (Extrémně velký dalekohled, Extremly Large Telescope) s primárním zrcadlem o průměru 39 m, který se stane „největším okem lidstva hledícím do vesmíru“. Z našich kanceláří v Santiagu řídíme naši činnost v Chile a spolupráci s místními partnery a veřejností.

Odkazy

• vědecký článek 1
• vědecký článek 2
• snímky VLT/VLTI
• více informací o dalekohledu ESO/ELT (Extremely Large Telescope)
• pro novináře: tiskové zprávy pod embargem ve vašem jazyce (REGISTRACE)
• pro vědce: váš článek v tiskové zprávě ESO

Kontakty

Petr Kabáth; národní kontakt; Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: eson-czech@eso.org

Jiří Srba; překlad; Email: j.srba@seznam.cz

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

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] Tisková zpráva Evropské jižní observatoře (ESO2119, 14. prosince 2021)