První úspěšná pozorování centra Galaxie pomocí GRAVITY

ESO 022/16 tisková zpráva

— zařízení pro průzkum superhmotné černé díry nyní spolupracuje se všemi čtyřmi hlavními teleskopy systému VLT

Tým evropských astronomů použil nový přístroj GRAVITY pro dalekohled ESO/VLT a podařilo se mu získat mimořádné záběry centra naší Galaxie. Při tomto pozorování vědci poprvé zkombinovali světlo zachycené všemi čtyřmi hlavními dalekohledy systému VLT najednou. Získaná pozorování jsou však jen předzvěstí přelomových vědeckých výsledků, jakých GRAVITY bude schopen dosáhnout při výzkumu extrémně silných gravitačních polí v blízkosti superhmotné černé díry ve středu naší Galaxie. Znovu tak otestuje předpovědi Einsteinovy obecné teorie relativity.

Přístroj GRAVITY v současnosti pracuje ve spojení se všemi čtyřmi hlavními dalekohledy (UT, Unit Telescope) systému ESO/VLT (Very Large Telescope), které disponují primárním zrcadlem o průměru 8,2 m. A již z prvních testů je zřejmé, že toto zařízení bude v krátké době schopné produkovat vědecké výsledky světové extratřídy.    

Přístroj GRAVITY je součástí interferometru VLTI. Díky kombinaci světla získaného všemi čtyřmi teleskopy VLT je schopen dosáhnout prostorového rozlišení a přesnosti pozičních měření jako dalekohled o průměru zrcadla kolem 130 m. Úhlové rozlišení a přesnost měření se tak zvýšila 15krát ve srovnání s jednotlivými dalekohledy VLT a umožní přístroji GRAVITY pořídit mimořádně přesná pozorování různých astronomických objektů. 

Jedním z hlavních úkolů přístroje GRAVITY budou detailní pozorování okolí superhmotné černé díry o hmotnosti 4 miliony Sluncí, která sídlí v centru naší Galaxie [1]. Ačkoliv pozice a hmotnost černé díry jsou známy od roku 2002, GRAVITY, na základě velmi přesných měření pohybu hvězd v okolí černé díry, umožní astronomům zkoumat gravitační pole v jejím okolí v dosud nedosažitelných podrobnostech. Bude tak možné provést unikátní testy platnosti Einsteinovy obecné teorie relativity.   

Z tohoto pohledu jsou velmi zajímavá již první pozorování provedená pomocí tohoto zařízení. Členové týmu GRAVITY [2] použili přístroj ke sledování hvězdy známé pod označením S2, která obíhá kolem centrální černé díry naší Galaxie s periodou 16 let. Tyto testy působivě demonstrovaly citlivost přístroje GRAVITY – s jeho pomocí se tuto slabou hvězdu podařilo zachytit během několika minut pozorování.   

Členové týmu budou v dohledné době schopni získat velmi přesná měření polohy hvězd v okolí černé díry – s přesností, která je srovnatelná s určováním polohy objektu na Měsíci na centimetry. To jim umožní sledovat, zda pohyb hvězdy kolem černé díry odpovídá předpovědím plynoucím z Einsteinovy obecné teorie relativity, nebo ne. Nová pozorování dokládají, že centrum Galaxie je pro tento účel ideální laboratoří. 

„Pro celý tým to byl fantastický okamžik, když jsme – po osmi letech tvrdé práce – poprvé pozorovali interferenci světla přicházejícího od této hvězdy,“ říká vedoucí vědeckého týmu GRAVITY Frank Eisenhauer (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Německo). „Nejprve jsme ručně stabilizovali interferenci na nedaleké jasnější hvězdě a o několik minut později se nám podařilo získat také interferenční obrazec ze slabé hvězdy S2.“ Na první pohled bylo zřejmé, že ani referenční hvězda ani zkoumaná S2 nemají hmotného souputníka, jehož přítomnost by mohla komplikovat pozorování i analýzu. „Jsou to dokonalé vzorky,“ pochvaluje si Eisenhauer.     

První úspěšné pozorování přichází v pravý čas. Již v roce 2018 se hvězda S2 přiblíží do pericentra své dráhy kolem černé díry (nejbližšího bodu vzdáleného pouhých 17 světelných hodin, asi 122 au, přes 18 bilionů kilometrů). V tomto úseku se bude pohybovat rychlostí téměř 30 milionů kilometrů za hodinu, což jsou 2,5 % rychlosti světla. Za těchto podmínek se efekty předpovězené obecnou teorií relativity budou projevovat nejvíce a přístroj GRAVITY dostane příležitost získat ta nejdůležitější pozorování [3]. Podobná situace se totiž bude opakovat opět až za 16 let.

Zdroj

Poznámky

[1] Střed Galaxie se na obloze nachází v souhvězdí Štíra a je vzdálen asi 25 tisíc světelných let od nás.

[2] Konsorcium GRAVITY tvoří tyto instituce: Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE), Max Planck Institute for Astronomy (MPIA), LESIA (Paris Observatory), IPAG (Université Grenoble Alpes/CNRS), University of Cologne, Centro Multidisciplinar de Astrofísica Lisbon and Porto (SIM) a ESO.

[3] Tým bude schopen pro hvězdu obíhající kolem hmotné černé díry poprvé změřit dva relativistické efekty: gravitační rudý posuv záření a stáčení pericenta dráhy. K rudému posuvu dochází díky tomu, že světlo emitované hvězdou, aby mohlo uniknout do vesmíru směrem k nám, se musí pohybovat proti silám intenzivního gravitačního pole černé díry. Přitom ztrácí energii, což se projevuje rudým posuvem. Druhý efekt má vliv na tvar oběžné dráhy hvězdy a vede k odchylkám od ideální elipsy. Při pohybu hvězdy kolem černé díry dochází ke stáčení oběžné dráhy o zhruba 0,5° za jeden oběh. Stejný efekt je pozorován u oběžné dráhy planety Merkur v gravitačním poli Slunce, kde je však 6500krát slabší. Díky velké vzdálenosti je však sledování tohoto efektu v centru Galaxie mnohem obtížnější, než v případě Merkuru.

Další informace

ESO je nejvýznamnější mezivládní astronomická organizace Evropy, která v současnosti provozuje jedny z nejproduktivnějších pozemních astronomických observatoří světa. ESO podporuje celkem 16 zemí: Belgie, Brazílie, Česká republika, Dánsko, Finsko, Francie, Itálie, Německo, Nizozemsko, Portugalsko, Rakousko, Španělsko, Švédsko, Švýcarsko, Velká Británie a hostící stát Chile. ESO uskutečňuje ambiciózní program zaměřený na návrh, konstrukci a provoz výkonných pozemních pozorovacích komplexů umožňujících astronomům dosáhnout významných vědeckých objevů. ESO také hraje vedoucí úlohu při podpoře a organizaci celosvětové spolupráce v astronomickém výzkumu. ESO provozuje tři unikátní pozorovací střediska světového významu nacházející se v Chile: La Silla, Paranal a Chajnantor. Na Observatoři Paranal, nejvyspělejší astronomické observatoři světa pro viditelnou oblast, pracuje Velmi velký dalekohled VLT a také dva další přehlídkové teleskopy – VISTA a VST. Dalekohled VISTA pozoruje v infračervené části spektra a je největším přehlídkovým teleskopem na světě, dalekohled VST je největším teleskopem navrženým k prohlídce oblohy ve viditelné oblasti spektra. ESO je významným partnerem revolučního astronomického teleskopu ALMA, největšího astronomického projektu současnosti. Nedaleko Paranalu v oblasti Cero Armazones staví ESO nový dalekohled E-ELT (European Extremely Large optical/near-infrared Telescope), který se stane „největším okem hledícím do vesmíru“.

Odkazy

• První světlo pro GRAVITY (ESO)
• První světlo pro GRAVITY (MPE)
• GRAVITY - stránky přístroje (ESO)
• GRAVITY - stránky přístroje (MPE)
• Dráhy hvězd kolem středu Galaxie (ESO)
• Dráhy hvězd kolem středu Galaxie (MPE)

Kontakty

Viktor Votruba; národní kontakt; Astronomický ústav AV , Astronomický ústav AV ČR, 251 65 Ondřejov, Česká republika; Email: votruba@physics.muni.cz

Jiří Srba; překlad; Hvězdárna Valašské Meziříčí, p. o., Česká republika; Email: jsrba@astrovm.cz

Frank Eisenhauer; GRAVITY Principal Investigator, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics; Garching, Germany; Tel.: +49 (89) 30 000 3563; Email: eisenhau@mpe.mpg.de

Richard Hook; ESO Public Information Officer; Garching bei München, Germany; Tel.: +49 89 3200 6655; Mobil: +49 151 1537 3591; Email: rhook@eso.org

Hannelore Hämmerle; Public Information Officer, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics; Garching, Germany; Tel.: +49 (89) 30 000 3980; Email: hannelore.haemmerle@mpe.mpg.de