Afbeelding tegoed: ESO
Een team van astronomen heeft gezien dat een verder normale ster dichtbij komt met het superzware zwarte gat dat op de loer ligt in het centrum van ons Melkwegstelsel. Bij zijn dichtstbijzijnde benadering was de ster slechts 17 lichturen verwijderd van het zwarte gat (driemaal de afstand van de zon tot Pluto). Beelden van de regio werden gedurende 10 jaar verzameld met behulp van het adaptieve optische systeem op de Paranal-sterrenwacht van de European Southern Observatory.
Een internationaal team van astronomen [2], geleid door onderzoekers van het Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE), heeft rechtstreeks een anders normale ster waargenomen die in een baan rond het superzware zwarte gat in het centrum van de Melkweg draait.
Tien jaar nauwgezette metingen zijn bekroond met een reeks unieke beelden die zijn verkregen met het Adaptive Optics (AO) NAOS-CONICA (NACO) -instrument [3] op de 8,2 m lange VLT YEPUN-telescoop van de ESO Paranal Observatory. Het blijkt dat de ster eerder dit jaar het centrale zwarte gat naderde tot binnen 17 lichturen - slechts driemaal de afstand tussen de zon en de planeet Pluto - terwijl hij met maar liefst 5000 km / sec reisde.
Eerdere metingen van de snelheden van sterren nabij het centrum van de Melkweg en variabele röntgenstraling uit dit gebied hebben tot dusver het sterkste bewijs geleverd van het bestaan van een centraal zwart gat in ons eigen sterrenstelsel en, impliciet, dat de donkere massa concentraties die in veel kernen van andere sterrenstelsels worden gezien, zijn waarschijnlijk ook superzware zwarte gaten. Het is echter nog niet mogelijk geweest om verschillende alternatieve configuraties uit te sluiten.
In een doorbraakartikel dat op 17 oktober 2002 in het onderzoekstijdschrift Nature verscheen, rapporteert het huidige team hun opwindende resultaten, waaronder afbeeldingen met een hoge resolutie waarmee tweederde van de baan van een ster met de naam "S2" kan worden getraceerd. Het is momenteel de dichtstbijzijnde waarneembare ster van de compacte radiobron en de massieve kandidaat voor een zwart gat "SgrA *" ("Boogschutter A") in het centrum van de Melkweg. De omlooptijd is iets meer dan 15 jaar.
De nieuwe metingen sluiten met grote zekerheid uit dat de centrale donkere massa uit een cluster van ongebruikelijke sterren of elementaire deeltjes bestaat, en laten weinig twijfel bestaan over de aanwezigheid van een superzwaar zwart gat in het centrum van de melkweg waarin we leven.
Quasars en zwarte gaten
Al sinds de ontdekking van de quasars (quasi-stellaire radiobronnen) in 1963 hebben astrofysici gezocht naar een verklaring voor de energieproductie in deze meest lichtgevende objecten in het heelal. Quasars bevinden zich in de centra van sterrenstelsels, en er wordt aangenomen dat de enorme energie die door deze objecten wordt uitgestoten het gevolg is van materie die op een superzwaar zwart gat valt, waardoor zwaartekrachtenergie vrijkomt door intense straling voordat dat materiaal voor altijd in het gat verdwijnt (in natuurkundeterminologie: "Gaat voorbij de horizon van het evenement" [4]).
Om de wonderbaarlijke energieproductie van quasars en andere actieve sterrenstelsels te verklaren, moet men de aanwezigheid van zwarte gaten met massa's van een miljoen tot miljarden maal de massa van de zon vermoeden. Er is de afgelopen jaren veel bewijsmateriaal verzameld ter ondersteuning van het bovengenoemde "zwarte gat" -model voor quasars en andere sterrenstelsels, waaronder de detectie van concentraties van donkere massa in hun centrale regio's.
Een eenduidig bewijs vereist echter dat alle mogelijke andere, niet-zwarte gatconfiguraties van de centrale massaconcentratie worden uitgesloten. Hiervoor is het absoluut noodzakelijk om de vorm van het zwaartekrachtveld zeer dicht bij het centrale object te bepalen - en dit is niet mogelijk voor de verre quasars vanwege technologische beperkingen van de momenteel beschikbare telescopen.
Het centrum van de Melkweg
Het centrum van ons Melkwegstelsel bevindt zich in de zuidelijke constallatie Boogschutter (De Boogschutter) en is "slechts" 26.000 lichtjaar verwijderd [5]. Op afbeeldingen met een hoge resolutie is het mogelijk om duizenden individuele sterren te onderscheiden in het centrale, een lichtjaar brede gebied (dit komt overeen met ongeveer een kwart van de afstand tot "Proxima Centauri", de ster die het dichtst bij het zonnestelsel ligt) .
Met behulp van de bewegingen van deze sterren om het zwaartekrachtveld te onderzoeken, observaties met de 3,5 m New Technology Telescope (NTT) bij de ESO La Silla Observatory (Chili) (en vervolgens bij de 10 m Keck-telescoop, Hawaii, VS) boven de het afgelopen decennium is gebleken dat een massa van ongeveer 3 miljoen keer die van de zon is geconcentreerd binnen een straal van slechts 10 lichtdagen [5] van de compacte radio- en röntgenbron SgrA * ("Boogschutter A") in het midden van de sterrenhoop.
Dit betekent dat SgrA * de meest waarschijnlijke tegenhanger is van het vermeende zwarte gat en tegelijkertijd het Galactische Centrum tot het beste bewijs maakt voor het bestaan van zulke superzware zwarte gaten. Die eerdere onderzoeken konden echter verschillende andere niet-zwarte gatconfiguraties niet uitsluiten.
"We hadden toen nog scherpere beelden nodig om het probleem op te lossen of een andere configuratie dan een zwart gat mogelijk is en we rekenden op de ESO VLT-telescoop om die te bieden", legt Reinhard Genzel, directeur van het Max-Planck Instituut voor Buitenaardse Fysica ( MPE) in Garching bij München (Duitsland) en lid van het huidige team. “Het nieuwe NAOS-CONICA (NACO) -instrument, gebouwd in nauwe samenwerking tussen ons instituut, het Max-Planck Institute for Astronomy (MPIA: Heidelberg, Duitsland), ESO en de Paris-Meudon en Grenoble Observatories (Frankrijk), was net wat we nodig hadden om deze beslissende stap vooruit te zetten ”.
De NACO-waarnemingen van het Melkwegcentrum
Het nieuwe NACO-instrument [3] werd eind 2001 geïnstalleerd op de VLT 8,2 m YEPUN-telescoop. Al tijdens de eerste tests leverde het veel indrukwekkende beelden op, waarvan sommige het onderwerp waren van eerdere ESO-persberichten [6].
"De eerste waarnemingen dit jaar met NACO gaven ons meteen de scherpste en 'diepste' beelden van het Melkwegcentrum ooit gemaakt, met een groot aantal sterren in dat gebied tot in detail", zegt Andreas Eckart van de Universiteit van Keulen, een ander lid van het internationale team onder leiding van Rainer Sch? del, Thomas Ott en Reinhard Genzel van MPE. "Maar we moesten nog steeds overweldigd worden door de geweldige uitkomst van die gegevens!"
Door hun infraroodbeelden te combineren met radiogegevens met een hoge resolutie, kon het team gedurende een periode van tien jaar zeer nauwkeurige posities van ongeveer duizend sterren in het centrale gebied bepalen ten opzichte van de compacte radiobron SgrA *, zie PR Photo 23c / 02.
“Toen we in mei 2002 de laatste NACO-gegevens in onze analyse opnamen, konden we onze ogen niet geloven. De ster S2, die momenteel het dichtst bij SgrA * staat, had zojuist een snelle swing-by uitgevoerd nabij de radiobron. We realiseerden ons plotseling dat we daadwerkelijk de beweging van een ster in een baan rond het centrale zwarte gat zagen, waardoor het ongelooflijk dicht bij dat mysterieuze object kwam ”, zegt een zeer gelukkige Thomas Ott, die nu in het MPE-team werkt aan zijn proefschrift .
In een baan rond het centrale zwarte gat
Geen enkele gebeurtenis zoals deze is ooit opgenomen. Deze unieke gegevens tonen ondubbelzinnig aan dat S2 langs een elliptische baan beweegt met SgrA * in één focus, d.w.z. S2 draait SgrA * zoals de aarde om de zon draait, vgl. het rechterpaneel van PR Photo 23c / 02.
De uitstekende gegevens maken ook een nauwkeurige bepaling mogelijk van de baanparameters (vorm, grootte, enz.). Het blijkt dat S2 in het voorjaar van 2002 de dichtstbijzijnde afstand tot SgrA * bereikte, op dat moment was het slechts 17 lichturen [5] verwijderd van de radiobron, of slechts driemaal de afstand tussen de zon en Pluto. Het bewoog toen met meer dan 5000 km / s, of bijna tweehonderd keer de snelheid van de aarde in zijn baan om de zon. De omlooptijd is 15,2 jaar. De baan is vrij langwerpig - de excentriciteit is 0,87 - wat aangeeft dat S2 ongeveer 10 lichtdagen verwijderd is van de centrale massa op het meest verre orbitale punt [7].
“We kunnen nu met zekerheid aantonen dat SgrA * inderdaad de locatie is van de centrale donkere massa waarvan we wisten dat die bestond. Nog belangrijker is dat onze nieuwe gegevens met een factor enkele duizenden zijn gekrompen in het volume waarbinnen die miljoenen zonnemassa's zich bevinden ”, zegt Rainer Sch? Del, promovendus bij MPE en ook de eerste auteur van het resulterende artikel.
Uit modelberekeningen blijkt nu zelfs dat de beste schatting van de massa van het zwarte gat in het centrum van de Melkweg 2,6 is? 0,2 miljoen keer de massa van de zon.
Geen andere mogelijkheden
Volgens de gedetailleerde analyse die in het Nature-artikel wordt gepresenteerd, kunnen andere voorheen mogelijke configuraties, zoals zeer compacte clusters van neutronensterren, zwarte gaten van stellaire grootte of sterren met een lage massa, of zelfs een bal van vermeende zware neutrino's, nu definitief worden uitgesloten.
De enige nog niet-levensvatbare configuratie van een niet-zwart gat is een hypothetische ster van zware elementaire deeltjes, bosonen genaamd, die erg op een zwart gat lijkt. "Maar", zegt Reinhard Genzel, "zelfs als zo'n bosonster in principe mogelijk is, zou hij hoe dan ook snel instorten in een superzwaar zwart gat, dus ik denk dat we de zaak zo goed als vast hebben!"
Volgende observaties
'De meeste astrofysici zouden accepteren dat de nieuwe gegevens overtuigend bewijs leveren dat er een superzwaar zwart gat in het centrum van de Melkweg bestaat. Dit maakt de interpretatie van het superzware zwarte gat voor de enorme concentratie van donkere massa die in het centrum van veel andere sterrenstelsels wordt gedetecteerd nog waarschijnlijker ”, zegt Alvio Renzini, VLT Program Scientist bij ESO.
Dus wat moet er nog gebeuren? De volgende grote zoektocht is nu om te begrijpen wanneer en hoe deze superzware zwarte gaten zijn ontstaan en waarom bijna elk enorm sterrenstelsel er een lijkt te bevatten. De vorming van centrale zwarte gaten en die van hun gaststelsels zelf lijken in toenemende mate slechts één probleem te zijn. Een van de grootste uitdagingen die de VLT de komende jaren moet oplossen.
Het lijdt ook geen twijfel dat komende interferometrische waarnemingen met instrumenten aan de VLT-interferometer (VLTI) en de grote binoculaire telescoop (LBT) ook zullen resulteren in een nieuwe gigantische sprong binnen dit opwindende onderzoeksveld.
Andreas Eckart is optimistisch: "Misschien is het de komende jaren zelfs mogelijk om met röntgen- en radio-observaties direct het bestaan van de gebeurtenishorizon te demonstreren."
Oorspronkelijke bron: ESO-persbericht
