Siitä lähtien, kun se löydettiin ensimmäisen kerran vuonna 1974, tähtitieteilijät ovat halunneet saada paremman kuvan galaksimme keskellä sijaitsevasta supermassiivisesta mustasta aukosta (SBH). Jousimies A* tunnetun tiedemiehet ovat pystyneet mittaamaan tämän SBH:n sijainnin ja massan vain mittaamalla sen vaikutuksen sitä kiertäviin tähtiin. Mutta toistaiseksi yksityiskohtaisemmat havainnot ovat välttyneet niistä, kiitos osittain kaiken sen peittävän kaasun ja pölyn.
Onneksi Euroopan eteläinen observatorio (ESO) aloitti hiljattain työskentelyn PAINOVAISUUS interferometri, niiden uusin komponentti Erittäin suuri teleskooppi (VLT). Käyttämällä tätä instrumenttia, jossa yhdistyvät lähi-infrapunakuvaus, adaptiivinen optiikka ja huomattavasti parannettu resoluutio ja tarkkuus, he ovat onnistuneet ottamaan kuvia Jousimies A*:ta kiertävistä tähdistä. Ja se, mitä he ovat havainneet, oli varsin kiehtovaa.
Yksi GRAVITY:n päätarkoituksista on tutkia Jousimies A*:n ympärillä olevaa gravitaatiokenttää, jotta voidaan tehdä tarkkoja mittauksia sitä kiertävistä tähdistä. Näin tehdessään GRAVITY-tiimi – joka koostuu tähtitieteilijöistä ESO:sta, Max Planck Institutesta ja useista eurooppalaisista tutkimuslaitoksista – pystyy testaamaan Einsteinin teoriaa Yleinen suhteellisuusteoria kuin koskaan ennen.
Spitzer-kuva Linnunradan galaksin ytimestä. Kiitos: NASA/JPL-Caltech/S. Stolovy (SSC/Caltech)
Ensimmäisessä uudella instrumentilla tehdyssä havainnossa GRAVITY-tiimi käytti tehokkaita interferometrisiä kuvantamiskykyään tutkiakseen S2:ta, himmeää tähteä, joka kiertää Jousimies A*:ta vain 16 vuoden ajan. Tämä testi osoitti GRAVITY-instrumentin tehokkuuden – se on 15 kertaa herkempi kuin yksittäiset 8,2 metrin yksikköteleskoopit, joihin VLT tällä hetkellä luottaa.
Tämä oli historiallinen saavutus, sillä selkeä näkymä galaksimme keskustasta on jotain, mikä on jäänyt tähtitieteilijöiltä menneisyyteen. Kuten GRAVITYn johtava tutkija Frank Eisenhauer – Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics -instituutista Garchingissa, Saksassa – selitti Universe Todaylle sähköpostitse:
”Ensinnäkin Galaktinen keskus on piilotettu valtavan määrän taaksetähtienvälistä pölyä, ja se on käytännössä näkymätöntä optisestiaallonpituuksilla. Tähdet ovat havaittavissa vain infrapunassa, joten me ensinpiti kehittää siihen tarvittava tekniikka ja välineet.Toiseksi Galaktiseen keskukseen on keskittynyt niin paljon tähtiä, ettätavallinen kaukoputki ei ole tarpeeksi terävä ratkaisemaan niitä. Se oli vain sisällä1990-luvun lopulla ja tämän vuosisadan alussa, jolloin opimmeterävöittää kuvia pilkkuinterferometrian ja adaptiivisen avullaoptiikka nähdä tähdet ja tarkkailla niiden tanssia keskellä mustan ympärilläreikä.'
Mutta enemmänkin, S2:n havainnointi oli erittäin hyvin ajoitettu. Vuonna 2018 tähti on kiertoradansa lähimmällä pisteellä Jousimies A* – vain 17 valotunnin päässä siitä. Kuten alla olevasta videosta näkyy, S2 liikkuu tässä vaiheessa paljon nopeammin kuin missään muussa kiertoradansa kohdassa (S2:n kiertorata on korostettu punaisella ja keskellä olevan mustan aukon sijainti on merkitty Punainen Risti).
Lähestyessään lähimpänä S2 kiihtyy lähes 30 miljoonan km/h nopeuteen, mikä on 2,5 % valon nopeudesta. Toista tilaisuutta nähdä tämän tähden saavuttavan näin suuria nopeuksia ei tule enää 16 vuoden kuluttua – vuonna 2034. Ja osoittaessaan, kuinka herkkä instrumentti on jo nyt, GRAVITY-tiimi odottaa voivansa tehdä erittäin tarkkoja mittauksia tähden sijainnista.
Itse asiassa he odottavat, että tarkkuustaso on verrattavissa Kuun pinnalla olevien esineiden sijainnin mittaamiseen, aina senttimetrin mittakaavassa. Sellaisenaan he pystyvät määrittämään, onko tähden liike sen kiertäessä mustaa aukkoa yhdenmukainen Einsteinin yleisen suhteellisuusteorioiden kanssa.
Eisenhauer selitti, että 'ei nopeus itsessään aiheuta yleisiä relativistisia vaikutuksia, vaan voimakas gravitaatio mustan aukon ympärillä. Mutta erittäin suuri kiertoradan nopeus on suora seuraus ja mitta gravitaatiosta, joten viittaamme siihen lehdistötiedotteessa, koska vertailu valonnopeuteen ja ISS:ään kuvaa hyvin äärimmäisiä olosuhteita.
Taiteilijan käsitys painovoiman vaikutuksesta aika-avaruuteen. Luotto: space.com
Kuten viimeaikaiset simulaatiot galaksien laajenemisesta universumissa ovat osoittaneet, Einsteinin teoriat ovat edelleen voimassa vuosikymmenien jälkeen. Nämä testit tarjoavat kuitenkin kovaa näyttöä, joka on saatu suoralla havainnolla. Tähti, joka liikkuu valon nopeudella galaksimme keskellä olevan supermassiivisen mustan aukon ympäri, osoittautuu varmasti sopivaksi testiksi.
Ja Eisenhauer ja hänen kollegansa odottavat näkevänsä erittäin mielenkiintoisia asioita. 'Toivomme näkevämme 'potkun' kiertoradalla. hän sanoi. 'Yleiset relativistiset efektit lisääntyvät erittäin voimakkaasti, kun lähestyt mustaa aukkoa, ja kun tähti heilauttaa ohi, nämä efektit muuttavat hieman valon suuntaa.
kiertoradalla.'
Vaikka me täällä maan päällä asuvat eivät voikaan 'tähdä tuijottaa' tässä tilanteessa ja nähdä R2:n piipahtavan Jousimies A*:n ohi, olemme silti tietoisia kaikista tuloksista. Ja sitten voimme vain nähdä, oliko Einstein todella oikeassa, kun hän ehdotti fysiikan edelleen vallitsevaa gravitaatioteoriaa yli vuosisataa myöhemmin.
Lisälukemista: eso.org