Ist im Zentrum der Milchstraße noch etwas versteckt?

In dieser Abbildung kreisen Sterne in enger Umlaufbahn um das supermassereiche Schwarze Loch, das im Zentrum der Milchstraße liegt und als Sagittarius A* (Sgr A*) bekannt ist. Kredit: Gemini International Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/(Spaceengine), Danksagungen: M. Zamani (NOIRLab von NSF)[2]Genaue Einblicke in das supermassereiche Schwarze Loch im Herzen der Milchstraße

Astronomen nutzen das Gemini-Observatorium und ein gemeinsames internationales Teleskop, um Sagittarius A* hervorzuheben

Astronomen haben mit Hilfe des Gemini-North-Teleskops die bisher genauesten Messungen der Bewegung von Sternen um die Supermasse gemacht[{“ attribute=““>black hole at the center of the Milky Way. These results show that 99.9% of the mass contained at the very center of the galaxy is due to the black hole, and only 0.1% could include stars, smaller black holes, interstellar dust, and gas, or dark matter.

Genauer denn je haben Astronomen Position und Geschwindigkeit der vier Sterne in unmittelbarer Nähe von Sagittarius A* (Sgr A*) gemessen,^[1] Das supermassereiche Schwarze Loch, das im Zentrum der Milchstraße lauert. Es wurde festgestellt, dass die Bewegungen dieser Sterne – S2, S29, S38 und S55 genannt – Bahnen folgen, die zeigen, dass die Masse im Zentrum der Milchstraße fast ausschließlich darauf zurückzuführen ist Sgr A * Das Schwarze Loch, das sehr wenig Platz für alles andere lässt.

Das Forschungsteam nutzte für diese Forschung eine Vielzahl fortschrittlicher astronomischer Einrichtungen. Um die Geschwindigkeiten der Sterne zu messen, verwendeten sie Spektroskopie des Gemini Near Infrared Spectrograph (GNIRS) in Gemini North in der Nähe des Maunakea-Gipfels auf Hawaii, Teil des Gemini International Observatory, des NSF NOIRLab-Programms und des SINFONI-Instruments der Europäischen Südsternwarte.[{“ attribute=““>تلسكوب كبير جدا. تم استخدام أداة GRAVITY في VLTI لقياس مواضع النجوم.

رسم توضيحي للثقب الأسود القوس A * في وسط مجرة ​​درب التبانة. الائتمان: مرصد الجوزاء الدولي / NOIRLab / NSF / AURA / J. دا سيلفا / (Spaceengine) ، شكر وتقدير: M. Zamani (NSF’s NOIRLab)

قال راينهارد جينزل ، مدير معهد ماكس بلانك للفيزياء خارج كوكب الأرض والمشترك في الحصول على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2020: „نحن ممتنون جدًا لمرصد الجوزاء ، الذي أعطتنا أداة GNIRS الخاصة به المعلومات الهامة التي نحتاجها“. „يُظهر هذا البحث التعاون العالمي في أفضل حالاته.“

يحتوي مركز المجرة التابع لمجرة درب التبانة ، الذي يقع على بعد حوالي 27000 سنة ضوئية من الشمس ، على مصدر الراديو المضغوط Sgr A * الذي حدده علماء الفلك على أنه ثقب أسود فائق الكتلة يبلغ 4.3 مليون مرة كتلة الشمس. على الرغم من عقود من الملاحظات المضنية – وتم منح جائزة نوبل لاكتشاف هوية Sgr A *^[3] – Es war schwierig, endgültig zu beweisen, dass der Großteil dieser Masse nur dem supermassereichen Schwarzen Loch gehört und nicht auch eine riesige Menge an Materie wie Sterne enthält, die kleiner sind Schwarze Löcheroder interstellaren Staub und Gas, oder Dunkle Materie.

Diese kommentierten Bilder, die zwischen März und Juli 2021 mit dem GRAVITY-Instrument am Very Large Telescope Interferometer (VLTI) der ESO aufgenommen wurden, zeigen Sterne, die in der Nähe von Sagittarius A*, dem supermassiven Schwarzen Loch im Herzen der Milchstraße, kreisen. Einer dieser Sterne, S29 genannt, wurde beobachtet, als er sich dem Schwarzen Loch am nächsten näherte, in einer Entfernung von 13 Milliarden km, das 90-fache der Entfernung zwischen Sonne und Erde. Ein weiterer Stern namens S300 wurde erstmals in neuen VLTI-Beobachtungen entdeckt, die von der ESO gemeldet wurden.
Mithilfe von Gemini North des Gemini International Observatory, einem Programm des NOIRLab der NSF und des VLT der ESO, haben Astronomen die Position und Geschwindigkeit dieser Sterne S29 und S55 (sowie der Sterne S2 und S38) genauer als je zuvor gemessen und festgestellt, dass sie sich bewegen auf eine Weise, die zeigt, dass die Masse im Zentrum der Milchstraße fast ausschließlich auf das Schwarze Loch Sagittarius A* zurückzuführen ist und nur sehr wenig Platz für irgendetwas anderes lässt. Bildnachweis: ESO/GRAVITY Collaboration

„Nachdem 2020 der Nobelpreis für Physik verliehen wurde, um zu bestätigen, dass Sgr A* tatsächlich ein Schwarzes Loch ist, wollen wir jetzt weitermachen. Wir würden gerne verstehen, ob noch etwas im Zentrum der Milchstraße verborgen ist, und ob allgemein Relativitätstheorie ist in der Tat die richtige Theorie „Der direkteste Weg, diese Frage zu beantworten, besteht darin, die Umlaufbahnen von Sternen, die in der Nähe von Sgr A* vorbeiziehen, genau zu verfolgen“, erklärte Stefan Gelsen, einer der an dieser Arbeit beteiligten Astronomen.

Einsteins allgemeine Relativitätstheorie sagt voraus, dass die Umlaufbahnen von Sternen um ein kompaktes, supermassereiches Objekt leicht von denen abweichen, die von der klassischen Newtonschen Physik vorhergesagt werden. Insbesondere sagt die Allgemeine Relativitätstheorie voraus, dass die Umlaufbahnen von Sternen eine elegante Rosette bilden – ein Effekt, der als bekannt ist Proaktiver Schwarzschild. Um tatsächlich zu sehen, wie die Sterne diese Rose verfolgen, verfolgte das Team die Position und Geschwindigkeit von vier Sternen in unmittelbarer Nähe von Sgr A* – genannt S2, S29, S38 und S55. Die Beobachtungen des Teams darüber, wie weit diese Sterne gegangen sind, erlaubten Rückschlüsse auf die Massenverteilung innerhalb von Sgr A*. Sie entdeckten, dass jede Masse, die sich innerhalb der Umlaufbahn von S2 erstreckt, höchstens 0,1 % der Masse des supermassereichen Schwarzen Lochs ausmacht.

animierte Sequenz für[{“ attribute=““>ESO’s Very Large Telescope Interferometer (VLTI) images of stars around the Milky Way’s central black hole. This animation shows the orbits of the stars S29 and S55 as they move close to Sagittarius A* (center), the supermassive black hole at the heart of the Milky Way. As we follow the stars along in their orbits, we see real images of the region obtained with the GRAVITY instrument on the VLTI in March, May, June and July 2021. In addition to S29 and S55, the images also show two fainter stars, S62 and S300. S300 was detected for the first time in new VLTI observations reported by ESO.

Measuring the minute variations in the orbits of distant stars around our galaxy’s supermassive black hole is incredibly challenging. To make further discoveries, astronomers will have to push the boundaries not only of science but also of engineering. Upcoming extremely large telescopes (ELTs) such as the Giant Magellan Telescope and the Thirty Meter Telescope (both part of the US-ELT Program) will allow astronomers to measure even fainter stars with even greater precision.

“We will improve our sensitivity even further in future, allowing us to track even fainter objects,” concluded Gillessen. “We hope to detect more than we see now, giving us a unique and unambiguous way to measure the rotation of the black hole.”

Zoomen Sie in das Herz der Milchstraße, um Sterne zu sehen, wie sie vom Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte beobachtet wurden (letzte Beobachtung von 2019). Wenn Sie weiter hineinzoomen, werden Sterne näher am Schwarzen Loch sichtbar, die Mitte 2021 mit dem GRAVITY-Instrument am Very Large Telescope-Interferometer der ESO beobachtet wurden.

„Die Gemini-Observatorien liefern weiterhin neue Einblicke in die Natur unserer Galaxie und das supermassereiche Schwarze Loch in ihrem Zentrum“, sagte Martin Steele, Gemini Program Officer bei der National Science Foundation. „Die Weiterentwicklung von Instrumenten im Laufe des nächsten Jahrzehnts, die für einen breiten Einsatz bestimmt sind, wird die Führungsrolle von NOIRLab bei der Charakterisierung des uns umgebenden Universums aufrechterhalten.“

Weitere Informationen zu dieser Forschung finden Sie unter Beobachten Sie, wie die Sterne um das supermassereiche Schwarze Loch der Milchstraße rasen.

Anmerkungen

1. Sagittarius A* wird „Sagittarius-Stern“ ausgesprochen.
2. Das VLT der ESO besteht aus vier Single-Site-Teleskopen mit einem Durchmesser von 8,2 Metern, die mithilfe einer als Interferometrie bekannten Technik Licht durch ein Netzwerk von Spiegeln und unterirdischen Tunneln sammeln können, um das VLTI zu bilden. GRAVITY verwendet diese Technologie, um die Position von Nachthimmelobjekten nach Höhe zu messen[{“ attribute=““>accuracy — equivalent to picking out a quarter-dollar coin on the surface of the Moon.
3. The 2020 Nobel Prize in Physics was awarded in part to Reinhard Genzel and Andrea Ghez “for the discovery of a supermassive compact object at the center of our galaxy.”

This research is presented in the paper “The mass distribution in the Galactic Centre from interferometric astrometry of multiple stellar orbits” which is published in Astronomy & Astrophysics. A companion paper “Deep Images of the Galactic Center with GRAVITY” has also been published in Astronomy & Astrophysics.

References:

“Mass distribution in the Galactic Center based on interferometric astrometry of multiple stellar orbits” by GRAVITY Collaboration: R. Abuter, N. Aimar, A. Amorim, J. Ball, M. Bauböck, J. P. Berger, H. Bonnet, G. Bourdarot, W. Brandner, V. Cardoso, Y. Clénet, Y. Dallilar, R. Davies, P. T. de Zeeuw, J. Dexter, A. Drescher, F. Eisenhauer, N. M. Förster Schreiber, A. Foschi, P. Garcia, F. Gao, E. Gendron, R. Genzel, S. Gillessen, M. Habibi, X. Haubois, G. Heißel,??, T. Henning, S. Hippler, M. Horrobin, L. Jochum, L. Jocou, A. Kaufer, P. Kervella, S. Lacour, V. Lapeyrère, J.-B. Le Bouquin, P. Léna, D. Lutz, T. Ott, T. Paumard, K. Perraut, G. Perrin, O. Pfuhl, S. Rabien, J. Shangguan, T. Shimizu, S. Scheithauer, J. Stadler, A.W. Stephens, O. Straub, C. Straubmeier, E. Sturm, L. J. Tacconi, K. R. W. Tristram, F. Vincent, S. von Fellenberg, F. Widmann, E. Wieprecht, E. Wiezorrek, J. Woillez, S. Yazici and A. Young, 19 January 2022, Astronomy & Astrophysics.
DOI: 10.1051/0004-6361/202142465

“Deep images of the Galactic center with GRAVITY” by GRAVITY Collaboration: R. Abuter, N. Aimar, A. Amorim, P. Arras, M. Bauböck, J. P. Berger, H. Bonnet, W. Brandner, G. Bourdarot, V. Cardoso, Y. Clénet, R. Davies, P. T. de Zeeuw, J. Dexter, Y. Dallilar, A. Drescher, F. Eisenhauer, T. Enßlin, N. M. Förster Schreiber, P. Garcia, F. Gao, E. Gendron, R. Genzel, S. Gillessen, M. Habibi, X. Haubois, G. Heißel, T. Henning, S. Hippler, M. Horrobin, A. Jiménez-Rosales, L. Jochum, L. Jocou, A. Kaufer, P. Kervella, S. Lacour, V. Lapeyrère, J.-B. Le Bouquin, P. Léna, D. Lutz, F. Mang, M. Nowak, T. Ott, T. Paumard, K. Perraut, G. Perrin, O. Pfuhl, S. Rabien, J. Shangguan, T. Shimizu, S. Scheithauer, J. Stadler, O. Straub, C. Straubmeier, E. Sturm, L. J. Tacconi, K. R. W. Tristram, F. Vincent, S. von Fellenberg, I. Waisberg, F. Widmann, E. Wieprecht, E. Wiezorrek, J. Woillez, S. Yazici, A. Young and G. Zins, 19 January 2022, Astronomy & Astrophysics.
DOI: 10.1051/0004-6361/202142459

More information

The team behind this result is composed of The GRAVITY Collaboration, R. Abuter (European Southern Observatory), A. Amorim (Universidade de Lisboa and CENTRA – Centro de Astrofísica e Gravitação), M. Bauböck (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and University of Illinois), J. P. Berger (University Grenoble Alpes and European Southern Observatory), H. Bonnet (European Southern Observatory), G. Bourdarot (University Grenoble Alpes and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), V. Cardoso (CENTRA – Centro de Astrofísica e Gravitação and CERN), Y. Clénet (LESIA, Observatoire de Paris), Y. Dallilar (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), R. Davies (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), P. T. de Zeeuw (Leiden University and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), J. Dexter (University of Colorado, Boulder), A. Drescher (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), A. Eckart (University of Cologne and Max Planck Institute for Radio Astronomy), F. Eisenhauer (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), N. M. Förster Schreiber (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), P. Garcia (Universidade do Porto and CENTRA – Centro de Astrofísica e Gravitação), F. Gao (Universität Hamburg and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Gendron (LESIA, Observatoire de Paris), R. Genzel (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and University of California, Berkeley), S. Gillessen (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), M. Habibi (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), X. Haubois (European Southern Observatory), G. Heißel (LESIA, Observatoire de Paris), T. Henning (Max Planck Institute for Astronomy), S. Hippler (Max Planck Institute for Astronomy), M. Horrobin (University of Cologne), L. Jochum (European Southern Observatory), L. Jocou (University Grenoble Alpes), A. Kaufer (European Southern Observatory), P. Kervella (LESIA, Observatoire de Paris), S. Lacour (LESIA, Observatoire de Paris), V. Lapeyrère (LESIA, Observatoire de Paris), J.-B. Le Bouquin (University Grenoble Alpes), P. Léna (LESIA, Observatoire de Paris), D. Lutz (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Ott (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Paumard (LESIA, Observatoire de Paris), K. Perraut (University Grenoble Alpes), G. Perrin (LESIA, Observatoire de Paris), O. Pfuhl (European Southern Observatory and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), S. Rabien (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), G. Rodríguez-Coira (LESIA, Observatoire de Paris), J. Shangguan (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Shimizu (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), S. Scheithauer (Max Planck Institute for Astronomy), J. Stadler (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), O. Straub (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), C. Straubmeier (University of Cologne), E. Sturm (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), L. J. Tacconi (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), K. R. W. Tristram (European Southern Observatory), F. Vincent (LESIA, Observatoire de Paris), S. von Fellenberg (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), F. Widmann (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Wieprecht (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Wiezorrek (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), J. Woillez (European Southern Observatory), S. Yazici (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and the University of Cologne), and A. Young (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics).