Sinds de jaren zeventig theoretiseren astronomen dat er in het centrum van ons sterrenstelsel, ongeveer 26.000 lichtjaar van de aarde, een superzwaar zwart gat (SMBH) bekend als Boogschutter A * bestaat. Met een geschatte diameter van 44 miljoen km (27,3 miljoen mijl) en een gewicht van ongeveer 4 miljoen zonsmassa's, wordt aangenomen dat dit zwarte gat een diepgaande invloed heeft gehad op de vorming en evolutie van ons sterrenstelsel.
En toch hebben wetenschappers het nooit rechtstreeks kunnen zien en het bestaan ervan is alleen afgeleid uit het effect dat het heeft op de sterren en het materiaal eromheen. Nieuwe waarnemingen die zijn uitgevoerd door de GRAVITY-samenwerking ** zijn er echter in geslaagd tot op heden de meest gedetailleerde waarnemingen te doen van de kwestie rond Boogschutter A *, wat tot op heden het sterkste bewijs is dat er een zwart gat in het centrum van de Melkweg bestaat.
De studie die hun bevindingen beschrijft - "Detectie van orbitale bewegingen nabij de laatste stabiele cirkelbaan van het massieve zwarte gat SgrA *", die onlangs in het tijdschrift verscheen Astronomie en astrofysica - werd geleid door Reinhard Genzel van het Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) en omvatte de verschillende wetenschappers die deel uitmaken van de GRAVITY-samenwerking.
De GRAVITY-samenwerking (die bestaat uit wetenschappers van meerdere Europese onderzoeksinstituten en universiteiten) wordt zo genoemd vanwege hun associatie met het GRAVITY-instrument, dat deel uitmaakt van de Very Large Telescope Interferometer (VLTI) van ESO. Dit instrument combineert het licht van de vier unit-telescopen van de VLT om een virtuele telescoop te creëren met een diameter van 130 m (426,5 ft).
Dit team heeft de afgelopen twee jaar dit instrument gebruikt om het galactische centrum te observeren en Sgr A * om de effecten ervan op de omgeving te observeren. Het doel van deze waarnemingen was om de voorspellingen van Einsteins Theory of General Relativity te testen en meer te leren over SMBH's door de dichtstbijzijnde beschikbare kandidaat te bestuderen.
Een ander doel was om te zoeken naar de orbitale bewegingen van uitbarstingen van infraroodstraling (ook bekend als ‘hotspots’) in de Sag A * accretieschijf (de gasgordel die om het zwarte gat draait). De fakkels ontstaan wanneer dit gas, dat wordt versneld tot relativistische snelheden, zo dicht mogelijk bij de horizon van het zwarte gat wordt getrokken - wat bekend staat als de binnenste stabiele cirkelbaan (ISCO) - zonder te worden verbruikt.
Met behulp van het GRAVITY-instrument op de VLTI observeerde het team uitbarstingen afkomstig van een riem die werd versneld tot 30% van de lichtsnelheid in een cirkelvormige baan rond Sag A *. Dit was niet alleen de eerste keer dat materiaal werd waargenomen dat in de buurt van een zwart gat draaide, maar het was de meest gedetailleerde waarneming tot nu toe van materiaal dat zo dicht bij een zwart gat cirkelde.
Zoals Oliver Pfuhl, een wetenschapper bij het Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics en co-auteur van het artikel, zei in een recent ESO-persbericht:
“Het is verbijsterend om daadwerkelijk materiaal te zien dat in een massief zwart gat rond 30% van de lichtsnelheid draait. Dankzij de enorme gevoeligheid van GRAVITY hebben we de aanwasprocessen in realtime in ongekend detail kunnen observeren.“
De observaties die ze uitvoerden, bevestigden ook de theorie dat Sag A * inderdaad een superzwaar zwart gat is - ook wel bekend als het "massieve zwarte gat paradigma". Zoals Genzel uitlegde, is deze prestatie iets waar wetenschappers al decennia naar uitkijken. "Dit was altijd een van onze droomprojecten, maar we durfden niet te hopen dat het zo snel mogelijk zou worden", zei hij.
Interessant is dat dit niet de eerste keer is dat de GRAVITY-samenwerking de VLTI heeft gebruikt om het centrum van ons sterrenstelsel te observeren. Eerder dit jaar gebruikte het team GRAVITY en de Spectrograph for INtegral Field Observations in the Near Infrared (SINFONI) -instrument om de bewegingen van een ster te meten terwijl het een close fly-by uitvoerde met Sag A *.
Toen de ster (S2) dichtbij het extreme zwaartekrachtveld van Boogschutter A * kwam, mat het team de positie en snelheid van de ster en vergeleek deze met eerdere metingen. Na ze te hebben vergeleken met verschillende theorieën over zwaartekracht, konden ze bevestigen dat het gedrag van de ster consistent was met voorspellingen van Einstein's Theory of General Relativity.
Dit was een grote prestatie, want het was voor het eerst dat General Relativity in zo'n extreme omgeving werd bevestigd. Zoals Pfuhl uitlegde:
“We hielden S2 nauwlettend in de gaten en houden natuurlijk altijd Boogschutter A * in de gaten. Tijdens onze waarnemingen hadden we het geluk om drie heldere fakkels rond het zwarte gat op te merken - het was een gelukkig toeval!“
Deze baanbrekende observaties zijn uiteindelijk mogelijk gemaakt dankzij een combinatie van internationale samenwerking en state-of-the-art instrumenten. In de toekomst zullen geavanceerdere instrumenten - en verbeterde methoden voor het delen van gegevens - zeker nog meer mysteries van het heelal ontsluiten en wetenschappers helpen begrijpen hoe het tot stand is gekomen.
En zorg ervoor dat je deze ESOcast bekijkt die over deze recente ontdekking spreekt, met dank aan ESO:
** De GRAVITY-samenwerking bestaat uit leden van het Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, het LESIA Paris Observatory, het Centre Nationale de Researches Scientifique (CNRS), het Max Planck Institute for Astronomy, het Centro de Astrofísica e Gravitação (CENTRA) , de European Southern Observatory (ESO) en meerdere Europese universiteiten.
