Sciencemag.cz
Doporučujeme
Pomocí interferometru VLTI Evropské jižní observatoře astronomové pořídili nejhlubší a nejostřejší záběry okolí superhmotné černé díry v centru naší Galaxie, jaké jsou dnes k dispozici. Nové snímky přibližují střed Mléčné dráhy 20krát více, než bylo možné před VLTI, a umožnily odhalit v blízkosti černé díry dosud nezpozorovanou hvězdu. Precizním měřením drah jednotlivých hvězd ve středu Galaxie vědci získali údaje, které použili k zatím nejpřesnějšímu výpočtu hmotnosti černé díry.
„Chceme se dozvědět více o černé díře ve středu Mléčné dráhy, objektu označovaném Sagittrius A*. Kolik přesně váží? Otáčí se? Chovají se objekty v její blízkosti přesně tak, jak očekáváme podle Einsteinovy obecné teorie relativity? A nejlepší způsob, jak na tyto otázky odpovědět, je sledovat hvězdy, jak obíhají blízko černé díry. My v této práci ukazujeme, že jsme schopni tato měření provádět s ještě vyšší přesností, než bylo dosud možné,“ vysvětluje Reinhard Genzel (ředitel Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, MPE, Garching, Německo), který v roce 2020 získal za výzkum objektu Sagittarius A* Nobelovu cenu. Poslední výsledky týmu pod vedením Reinharda Genzela, které dále rozšiřují třicet let trvající výzkum hvězd obíhajících superhmotnou černou díru ve středu Galaxie, byly oznámeny ve dvojici článků publikovaných ve vědeckém časopise Astronomy & Astrophysics.
Při pátrání po dalších hvězdách ležících v blízkosti černé díry členové týmu známého jako ‚GRAVITY collaboration‘ vyvinuli nové metody analýzy, které jim umožnily získat nejostřejší a nejhlubší záběry středu Galaxie, jaké máme zatím k dispozici. „VLTI nám poskytuje neuvěřitelné prostorové rozlišení a na těchto nových snímcích vidíme také slabší hvězdy než kdykoliv předtím. Žasneme nad detaily, pohybem a množstvím hvězd, které záběry okolí černé díry odhalují,“ popisuje vědecká pracovnice Julia Stadler (Max Planck Institute for Astrophysics, MPE), vedoucí týmu, který usiloval o zdokonalení zobrazení. Vědcům se podařilo identifikovat hvězdu, která dostala označení S300 a dosud pozorována nebyla, což je důkazem účinnosti použité metody, pokud jde o zachycení velmi slabých objektů v blízkosti Sagittarius A*.
Během posledních pozorování, která členové týmu prováděli od března do července 2021, se zaměřili na přesná měření polohy hvězd při jejich přibližování k černé díře. Mezi nimi byla také držitelka rekordu S29, která prošla nejbližším bodem dráhy na konci května 2021. Přiblížila se k černé díře na vzdálenost 13 miliard kilometrů (což je asi jen 90krát více, než dělí Slunce a Zemi) a pohybovala se při tom rychlostí 8 740 kilometrů za sekundu. Dosud žádná hvězda nebyla pozorována při takto těsném přiblížení a v takto vysoké rychlosti.
Měření a snímky, které členové týmu získali, bylo možné pořídit díky zařízení GRAVITY, unikátnímu přístroji zkonstruovanému pro interferometr VLTI (Very Large Telescope Interferometr), který pracuje na Observatoři Paranal v Chile. GRAVITY umí zkombinovat světlo získané všemi čtyřmi dalekohledy ESO/VLT s primárními zrcadly o průměru 8,2 m. Tato technika pozorování je velmi složitá na provedení. „Ve výsledku ale získáte záběry 20krát ostřejší, než ty pořízené jednotlivými dalekohledy VLT, které vám umožní odhalovat tajemství centra Galaxie,“ říká Frank Eisenhauer (MPE), vedoucí vývoje přístroje GRAVITY.
„Sledování hvězd na blízkých oběžných drahách kolem Sagittarius A* nám umožňuje detailně zkoumat gravitační pole kolem nejbližší superhmotné černé díry. Testovat předpovědi obecné teorie relativity a určovat vlastnosti černé díry,“ vysvětluje Rainhard Genzel. Tato nová pozorování v kombinaci se staršími daty potvrdila, že hvězdy sledují dráhy přesně tak, jak popisuje teorie pro objekty pohybující se kolem černé díry o hmotnosti 4,30 milionu Sluncí. Jde o dosud nejpřesnější odhad hmotnosti centrální černé díry Mléčné dráhy. Vědci rovněž zpřesnili odhad vzdálenosti k objektu Sagittarius A* na 27 000 světelných let.
K získání nových záběrů astronomové použili metody strojového učení známé jako ‚teorie informačního pole‘ (Information Field Theory). Vytvořili model popisující jak skutečné zdroje mohou vypadat; simulovali, jak by je měl vidět přístroj GRAVITY, a srovnali tyto výsledky s pozorováním. To vědcům umožnilo nalézt a sledovat hvězdy pohybující se kolem Sagittarius A* s dosud nedosažitelným dosahem a přesností. Kromě pozorování získaných pomocí GRAVITY členové týmu využili také data ze zařízení NACO a SINFONI, tedy dvojice starších přístrojů pro VLT, stejně jako měření provedená na Keck Observatory (Havaj, USA) a NOIRLab Gemini Observatory (USA).
Přístroj GRAVITY bude ve druhé polovině tohoto desetiletí vylepšen na variantu GRAVITY+. Bude rovněž instalována pro práci s interferometrem VLTI a dále posune citlivost zařízení tak, aby bylo schopné zaznamenat ještě slabší hvězdy ještě blíže černé díry. Cílem týmu je případně najít hvězdy tak blízké, že by jejich dráhy mohly být ovlivňovány dokonce gravitačními efekty vyvolanými rotací černé díry. Budovaný velký dalekohled ESO/ELT (Extremely Large Telescope) pak vědcům umožní měřit rychlosti těchto hvězd s ještě větší přesností. „Společnými silami GRAVITY+ a dalekohledu ELT budeme schopni zjistit, jak rychle černá díra rotuje. A to zatím nikdo nedokázal,“ dodává Frank Eisenhauer.
Výzkum byl prezentován ve dvojici článků publikovaných pod hlavičkou GRAVITY Collaboration, které byly zveřejněny v časopise Astronomy & Astrophysics.
