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 interferometrikus 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 relativitáselmélet előrejelzéseinek, vagy sem. Az új észlelések jelzik, hogy ehhez a galaktikus centrumnál nincs alkalmasabb laboratórium.
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.
A kutatók – szintén először – egyszerre két effektust is tudnak majd tanulmányozni a fekete lyuk körül keringő csillag megfigyelésével: a gravitációs vöröseltolódást és a pericentrum precesszióját. Előbbi oka az, hogy a csillag fénye nagyon erős gravitációs térben mozog, így a szökés közben energiát veszít, azaz a hullámhossza nő, a vörös felé tolódik. 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