Fekete lyuk körül mozgó csillag bizonyítja Einstein igazát
![Sgr A* Observations made with ESO’s Very Large Telescope (VLT) have revealed for the first time that a star orbiting the supermassive black hole at the centre of the Milky Way moves just as predicted by Einstein’s theory of general relativity. Its orbit i](https://cdn.origo.hu/2023/12/BnfcWe6-O_pJlKfmApAyZg1EbLQCPT1ZK_pCFUK1Hso/fill/1347/758/no/1/aHR0cHM6Ly9jbXNjZG4uYXBwLmNvbnRlbnQucHJpdmF0ZS9jb250ZW50L2FjYzk4NTlmYjJlNjRiNzA4YTY2YWI1NDE4MGY3MTkx.webp)
„Einstein általános relativitáselmélete szerint két, egymás körül keringő égitest kötött pályája nem zárt, ahogy a newtoni gravitációs elmélet mondja, hanem a mozgás síkjában elfordul. Ez a híres hatás – amit először a Merkúr bolygó Nap körüli pályájánál láttunk – volt az első bizonyíték az általános relativitáselmélet mellett. Most, száz évvel később észleltük ugyanezt a jelenséget egy kompakt rádióforrás, a Sagittarius A* körül keringő csillagnál, a Tejútrendszer központjában.
Ez a felfedezés megerősíti, hogy a Sagittarius A* egy szupernagy tömegű fekete lyuk kell, hogy legyen, amely 4 milliószor nagyobb tömegű a Napnál."
– mondja Reinhard Genzel, a garchingi (Németország) Max Planck Űrfizikai Intézet (MPE) igazgatója, valamint annak a 30 éves programnak a tervezője, amely ehhez az eredményhez vezetett.
A Naptól 26000 fényévre lévő Sagittarius A* és a körülötte lévő sűrű csillaghalmaz egyedülálló laboratórium az egyébként felderítetlen és elképesztő gravitációs rendszer fizikájának vizsgálatára. A csillagok egyike, az S2, kevesebb mint 20 milliárd kilométerre (ami a Nap és a Föld távolságának 120-ad része) söpör el a szupernagy tömegű fekete lyuk mellett, így ez a valaha talált legközelebbi csillag a hatalmas óriás körül.
Az S2 jelű csillag a fekete lyukhoz közeli elhaladásakor a fénysebesség majdnem 3 százalékával száguld, így 16 év alatt kerüli meg azt.
„Miután két és fél évtizeden át követtük a csillag pályáját, pontos méréseinkkel határozottan érzékeljük az S2 Schwarzschild-precesszióját a Sagittarius A* körüli útján." – mondja Stefan Gillessen, az MPE munkatársa, aki a mai napon az Astronomy & Astrophysics lapban közzétett elemzését vezette.
A csillagok és bolygók többségének nem kör alakú a pályája, így közelebb majd távolabb kerülnek az égitesttől, amely körül keringenek.
Az S2 pályája precesszál, ami azt jelenti, hogy pályájának a szupernagy tömegű fekete lyukhoz eső legközelebbi pontja minden fordulóban változik, a következő pálya az előzőhöz képest elmozdul, így rózsa formát képez.
Az általános relativitáselmélet pontosan előre jelzi, mennyiben változik a pályája, és a kutatás legutóbbi mérései igazolják az elméletet. A Schwarzschild-precesszióként ismert hatást még sosem mérték meg egy szupernagy tömegű fekete lyuk körül keringő csillag esetében.
Az ESO VLT műszerével végzett mérések abban is segítenek a kutatóknak, hogy többet tudjanak meg a galaxisunk központjában található szupernagy tömegű fekete lyuk környezetéről.
„Mivel az S2-vel kapcsolatos mérések ilyen jól igazolják az általános relativitáselméletet, szigorú határértékeket szabhatunk meg a láthatatlan anyag mennyiségére, mint amilyen a Sagittarius A* környezetében eloszlott sötét anyag vagy a feltételezhető kisebb fekete lyukak.
Ez nagy jelentőséggel bír a szupernagy tömegű fekete lyukak kialakulásának és fejlődésének megértése szempontjából."
– mondják a projekt francia vezető kutatói, Guy Perrin és Karine Perraut.
Ez az eredmény az S2 jelű csillag 27 éves megfigyelésének csúcspontja, amely nagyrészt az ESO chilei Atacama-sivatagban található VLT műszerflottájával történt. A csillag helyzetét és sebességét jelző adatpontok száma az új kutatás alaposságát és pontosságát igazolja: a kutatócsoport összesen több mint 330 mérést végzett a GRAVITY, a SINFONI és a NACO műszerekkel. Mivel az S2-nek évekbe telik megkerülni a szupernagy tömegű fekete lyukat, alapvető fontosságú volt a csillag három évtizeden át történő nyomon követése, hogy kiderüljön, milyen jellegzetességekkel bír az orbitális mozgása.
A kutatást az MPE munkatársa, Frank Eisenhauer vezetésével egy nemzetközi kutatócsoport végezte, amelyben közreműködtek francia, portugál, német és az ESO küldötte kutatók is. A GRAVITY együttműködésnek keresztelt kutatócsoport a VLT interferométere számára fejlesztett műszerről kapta a nevét, amely a VLT négy darab, 8 méteres távcsövét egyesíti egy szupertávcsőben (amelynek felbontása így egy 130 méter átmérőjű távcsőével egyezik meg).
Ugyanez a kutatócsoport jelentette be 2018-ban az általános relativitáselmélet egy másik igazolását: a kutatók tanúi voltak, ahogy az S2 fényének hullámhossza megnyúlt, amikor megközelítette a Sagittarius A*-ot.
Korábbi eredményünk igazolta, hogy a csillag által kibocsátott fényre érvényes az általános relativitáselmélet. Most kimutattuk, hogy maga a csillag is érzi az általános relativitáselmélet hatásait"
– mondja Paulo Garcia, a portugáliai Asztrofizikai és Gravitációs Központ kutatója, a GRAVITY projekt egyik vezető kutatója.
Az ESO készülő Rendkívül Nagy Távcsövével a kutatók talán olyan csillagokat is észlelhetnek, amelyek sokkal halványabbak, és még közelebb keringenek a szupernagy tömegű fekete lyukhoz.
„Ha szerencsések vagyunk, olyan közeli csillagokat is elkaphatunk, amelyek még a fekete lyuk forgását is érzik." – mondja Andreas Eckart, a Kölni Egyetem munkatársa, a projekt másik vezető kutatója. Ez azt jelentené, hogy a csillagászok a Sagittarius A* mindkét jellemzőjét, a forgását és a tömegét is megmérhetnék, amely meghatározza a körülötte lévő teret és időt. „Ez egy új szintje lenne a relativitáselmélet igazolásának." - mondja Eckart.