De Very Large Telescope Interferometer (VLTI) van de Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO) heeft de ‘diepste’ en scherpste beelden tot nu toe gemaakt van de omgeving van het superzware zwarte gat in het centrum van ons Melkwegstelsel. De nieuwe beelden zoomen twintig keer verder in dan vóór de VLTI mogelijk was, en hebben astronomen op het spoor gebracht van een nooit eerder waargenomen ster nabij het zwarte gat. Door de baanbewegingen van de sterren in het Melkwegcentrum te volgen, heeft het team ook de meest nauwkeurige meting tot nu toe gedaan van de massa van het centrale zwarte gat.
‘We willen meer te weten komen over het zwarte gat in het centrum van ons Melkwegstelsel, Sagittarius A*: Hoeveel massa heeft het precies? Draait het rond? Gedragen de sterren eromheen zich precies zoals we op grond van Einsteins algemene relativiteitstheorie verwachten? De beste manier om deze vragen te beantwoorden is door de baanbewegingen van sterren nabij het superzware zwarte gat te volgen. Met dit onderzoek hebben we aangetoond dat we dat kunnen doen met een grotere nauwkeurigheid dan ooit tevoren,’ legt Reinhard Genzel uit, een van de directeuren van het Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in Garching, Duitsland, die in 2020 een Nobelprijs ontving voor het onderzoek van Sagittarius A*. De nieuwste resultaten van Genzel en zijn team, die voortbouwen op hun al drie decennia lopende onderzoek van de sterren die om het superzware zwarte gat van ons Melkwegstelsel draaien, worden vandaag gepubliceerd in twee artikelen in Astronomy & Astrophysics.
Op zoek naar nog meer sterren in de buurt van het zwarte gat heeft het team, dat bekend staat als de GRAVITY-samenwerking, een nieuwe analysetechniek ontwikkeld waarmee ze de diepste en scherpste beelden tot nu toe van het Melkwegcentrum hebben kunnen maken. ‘De VLTI levert een ongelooflijke ruimtelijke resolutie en met de nieuwe beelden kunnen we dichterbij komen dan ooit tevoren. We staan versteld van de hoeveelheid details, en van de actie en het aantal sterren die ze rond het zwarte gat laten zien,’ aldus Julia Stadler, onderzoeker aan het Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching, die in haar tijd bij het MPE leiding gaf aan het maken van de nieuwe opnamen. Verrassend genoeg ontdekten ze daarbij een ster, S300 genaamd, die nog niet eerder was waargenomen. Dit laat zien hoe krachtig deze methode is als het gaat om het opsporen van zeer zwakke objecten in de buurt van Sagittarius A*. Bij hun meest recente waarnemingen, uitgevoerd tussen maart en juli 2021, richtte het team zich op het doen van nauwkeurige metingen van sterren op het moment dat ze het zwarte gat naderen. Hiertoe behoorde ook de recordhouder S29, die het zwarte gat eind mei 2021 het dichtst naderde. De ster passeerde Sagittarius A* op een afstand van slechts 13 miljard kilometer – ongeveer negentig keer de afstand zon-aarde – met een verbluffende snelheid van 8740 kilometer per seconde. Er is nog nooit een ster waargenomen die zo dicht bij het zwarte gat komt, of er zo snel omheen beweegt.
De metingen en opnamen van het team zijn te danken aan GRAVITY, een uniek instrument dat door het samenwerkingsverband is ontwikkeld voor de VLTI van ESO, die in Chili staat opgesteld. GRAVITY combineert het licht van alle vier de 8,2-meter telescopen van ESO’s Very Large Telescope (VLT) met behulp van een techniek die interferometrie wordt genoemd. Deze techniek is complex, ‘maar uiteindelijk krijg je beelden die twintig keer scherper zijn dan die van de afzonderlijke VLT-telescopen, en die de geheimen van het Melkwegcentrum onthullen,’ zegt Frank Eisenhauer van het MPE en hoofdonderzoeker van GRAVITY. ‘Door de nauwe baanbewegingen van sterren rond Sagittarius A* te volgen, kunnen we het zwaartekrachtsveld rond het dichtstbijzijnde superzware zwarte gat nauwkeurig meten, de algemene relativiteitstheorie toetsen en de eigenschappen van het zwarte gat bepalen,’ legt Genzel uit. In combinatie met gegevens die eerder door het team zijn verzameld, bevestigen de nieuwe waarnemingen dat de sterren precies de paden volgen zoals de algemene relativiteitstheorie die voorspelt voor objecten die om een zwart gat van 4,30 miljoen zonsmassa’s wentelen. Dit is de meest nauwkeurige schatting van de massa van het centrale zwarte gat van ons Melkwegstelsel tot nu toe. De onderzoekers zijn er ook in geslaagd om de afstand van Sagittarius A* nauwkeuriger te bepalen: deze bedraagt 27.000 lichtjaar.
Bij het maken van de nieuwe opnamen hebben de astronomen gebruik gemaakt van een machine-learningtechniek, die Information Field Theory heet. Ze maakten een model van hoe de echte bronnen eruit zouden kunnen zien, simuleerden hoe GRAVITY deze zou waarnemen, en vergeleken de uitkomsten van deze simulatie met GRAVITY-waarnemingen. Zo konden zij sterren rond Sagittarius A* met een ongeëvenaarde nauwkeurigheid opsporen en volgen. Behalve de GRAVITY-waarnemingen gebruikte het team ook gegevens van NACO en SINFONI, twee voormalige VLT-instrumenten, en metingen van de Keck-sterrenwacht en de Gemini-sterrenwacht van NOIRLab in de VS. GRAVITY zal later dit decennium worden geüpdatet tot GRAVITY+, dat ook op ESO’s VLTI zal worden geïnstalleerd en de gevoeligheid verder zal opvoeren, om nog zwakkere sterren dichter bij het zwarte gat te kunnen opsporen. Het team wil uiteindelijk sterren vinden die er zo dichtbij staan dat hun banen de zwaartekrachtseffecten van de rotatie van het zwarte gat ondervinden. ESO’s Extremely Large Telescope (ELT), die momenteel in de Chileense Atacama-woestijn wordt gebouwd, zal het team in staat stellen de snelheden van deze sterren met zeer grote precisie te meten. ‘Met de gecombineerde krachten van GRAVITY+ en de ELT zullen we kunnen vaststellen hoe snel het zwarte gat ronddraait,’ zegt Eisenhauer. ‘Dat is tot nu toe nog niemand gelukt.’
Bron: ESO
