Apakah ada hal lain yang tersembunyi di pusat Bima Sakti?

Dalam ilustrasi ini, bintang-bintang terlihat mengorbit dalam orbit dekat di sekitar lubang hitam supermasif yang terletak di pusat Bima Sakti, yang dikenal sebagai Sagitarius A* (Sgr A*). Kredit: Gemini International Observatory/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/(Spaceengine), Ucapan Terima Kasih: M. Zamani (NSF’s NOIRLab)[2]Wawasan akurat tentang lubang hitam supermasif di jantung Bima Sakti

Para astronom menggunakan Observatorium Gemini dan teleskop internasional bersama untuk menyoroti Sagitarius A*

Diperoleh dengan bantuan teleskop Gemini Utara, para astronom telah membuat pengukuran paling akurat hingga saat ini tentang pergerakan bintang di sekitar supermassa.[{” attribute=””>black hole at the center of the Milky Way. These results show that 99.9% of the mass contained at the very center of the galaxy is due to the black hole, and only 0.1% could include stars, smaller black holes, interstellar dust, and gas, or dark matter.

Para astronom telah mengukur lebih akurat dari sebelumnya posisi dan kecepatan empat bintang di sekitar Sagitarius A* (Sgr A*),^[1] Lubang hitam supermasif yang mengintai di pusat Bima Sakti. Pergerakan bintang-bintang ini – bernama S2, S29, S38 dan S55 – telah ditemukan mengikuti jalur yang menunjukkan bahwa massa di pusat Bima Sakti hampir seluruhnya disebabkan oleh Sgr A * Lubang hitam, yang menyisakan sangat sedikit ruang untuk hal lain.

Tim peneliti menggunakan berbagai fasilitas astronomi canggih dalam penelitian ini. Untuk mengukur kecepatan bintang, mereka menggunakan spektroskopi dari Gemini Near Infrared Spectrograph (GNIRS) di Gemini Utara dekat puncak Maunakea di Hawaii, bagian dari Observatorium Internasional Gemini, program NSF NOIRLab, dan instrumen SINFONI di Observatorium Selatan Eropa.[{” attribute=””>تلسكوب كبير جدا. تم استخدام أداة GRAVITY في VLTI لقياس مواضع النجوم.

رسم توضيحي للثقب الأسود القوس A * في وسط مجرة ​​درب التبانة. الائتمان: مرصد الجوزاء الدولي / NOIRLab / NSF / AURA / J. دا سيلفا / (Spaceengine) ، شكر وتقدير: M. Zamani (NSF’s NOIRLab)

قال راينهارد جينزل ، مدير معهد ماكس بلانك للفيزياء خارج كوكب الأرض والمشترك في الحصول على جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2020: “نحن ممتنون جدًا لمرصد الجوزاء ، الذي أعطتنا أداة GNIRS الخاصة به المعلومات الهامة التي نحتاجها”. “يُظهر هذا البحث التعاون العالمي في أفضل حالاته.”

يحتوي مركز المجرة التابع لمجرة درب التبانة ، الذي يقع على بعد حوالي 27000 سنة ضوئية من الشمس ، على مصدر الراديو المضغوط Sgr A * الذي حدده علماء الفلك على أنه ثقب أسود فائق الكتلة يبلغ 4.3 مليون مرة كتلة الشمس. على الرغم من عقود من الملاحظات المضنية – وتم منح جائزة نوبل لاكتشاف هوية Sgr A *^[3] – Sulit untuk membuktikan secara definitif bahwa sebagian besar massa ini hanya milik lubang hitam supermasif dan tidak juga mencakup sejumlah besar materi seperti bintang, yang lebih kecil lubang hitamatau debu dan gas antarbintang, atau materi gelap.

Gambar beranotasi ini, diperoleh dengan instrumen GRAVITY pada Very Large Telescope Interferometer (VLTI) ESO antara Maret dan Juli 2021, menunjukkan bintang yang mengorbit di dekat Sagitarius A*, lubang hitam supermasif di jantung Bima Sakti. Salah satu bintang ini, yang disebut S29, diamati saat mendekati lubang hitam pada jarak terdekatnya pada jarak 13 miliar km, 90 kali jarak antara Matahari dan Bumi. Bintang lain, yang disebut S300, pertama kali ditemukan dalam pengamatan VLTI baru yang dilaporkan oleh ESO.
Menggunakan Gemini North dari Gemini International Observatory, sebuah program dari NSF’s NOIRLab dan ESO’s VLT, para astronom telah mengukur lebih akurat dari sebelumnya posisi dan kecepatan bintang-bintang S29 dan S55 (serta bintang-bintang S2 dan S38), dan menemukan mereka bergerak dengan cara yang menunjukkan bahwa massa di pusat Bima Sakti hampir seluruhnya disebabkan oleh lubang hitam Sagitarius A*, menyisakan sangat sedikit ruang untuk hal lain. Kredit: Kolaborasi ESO/GRAVITY

“Dengan Hadiah Nobel Fisika 2020 yang diberikan untuk mengonfirmasi bahwa Sgr A* memang lubang hitam, kami sekarang ingin bergerak maju. Kami ingin memahami apakah ada hal lain yang tersembunyi di pusat Bima Sakti, dan apakah relativitas memang teori yang benar “Cara paling langsung untuk menjawab pertanyaan ini adalah dengan mengikuti orbit bintang yang lewat di dekat Sgr A*,” jelas Stefan Gelsen, salah satu astronom yang terlibat dalam pekerjaan ini.

Teori relativitas umum Einstein memprediksi bahwa orbit bintang di sekitar objek supermasif yang kompak sedikit berbeda dari yang diprediksi oleh fisika klasik Newton. Secara khusus, relativitas umum memprediksi bahwa orbit bintang akan memetakan roset elegan – efek yang dikenal sebagai Schwarzschild yang proaktif. Untuk benar-benar melihat bintang yang melacak mawar ini, tim melacak posisi dan kecepatan empat bintang di sekitar Sgr A* – disebut S2, S29, S38 dan S55. Pengamatan tim tentang seberapa jauh bintang-bintang ini telah memungkinkan untuk menyimpulkan distribusi massa di dalam Sgr A*. Mereka menemukan bahwa setiap massa yang meluas dalam orbit S2 menyumbang paling banyak 0,1% dari massa lubang hitam supermasif.

urutan animasi untuk[{” attribute=””>ESO’s Very Large Telescope Interferometer (VLTI) images of stars around the Milky Way’s central black hole. This animation shows the orbits of the stars S29 and S55 as they move close to Sagittarius A* (center), the supermassive black hole at the heart of the Milky Way. As we follow the stars along in their orbits, we see real images of the region obtained with the GRAVITY instrument on the VLTI in March, May, June and July 2021. In addition to S29 and S55, the images also show two fainter stars, S62 and S300. S300 was detected for the first time in new VLTI observations reported by ESO.

Measuring the minute variations in the orbits of distant stars around our galaxy’s supermassive black hole is incredibly challenging. To make further discoveries, astronomers will have to push the boundaries not only of science but also of engineering. Upcoming extremely large telescopes (ELTs) such as the Giant Magellan Telescope and the Thirty Meter Telescope (both part of the US-ELT Program) will allow astronomers to measure even fainter stars with even greater precision.

“We will improve our sensitivity even further in future, allowing us to track even fainter objects,” concluded Gillessen. “We hope to detect more than we see now, giving us a unique and unambiguous way to measure the rotation of the black hole.”

Perbesar ke jantung Bima Sakti untuk melihat bintang-bintang seperti yang diamati oleh Teleskop Sangat Besar dari European Southern Observatory (pengamatan terakhir dari 2019). Memperbesar lebih jauh mengungkapkan bintang yang lebih dekat ke lubang hitam, diamati menggunakan instrumen GRAVITY pada interferometer Teleskop Sangat Besar ESO pada pertengahan 2021.

“Observatorium Gemini terus memberikan wawasan baru tentang sifat galaksi kita dan lubang hitam supermasif di pusatnya,” kata Martin Steele, Program Officer Gemini di National Science Foundation. “Pengembangan instrumen lebih lanjut selama dekade berikutnya yang dimaksudkan untuk digunakan secara luas akan mempertahankan kepemimpinan NOIRLab dalam mengkarakterisasi alam semesta di sekitar kita.”

Untuk informasi lebih lanjut tentang penelitian ini, lihat Saksikan bintang-bintang berlomba di sekitar lubang hitam supermasif Bima Sakti.

Catatan

1. Sagitarius A* diucapkan “bintang Sagitarius”.
2. VLT ESO terdiri dari empat teleskop situs tunggal dengan diameter 8,2 meter yang dapat mengumpulkan cahaya melalui jaringan cermin dan terowongan bawah tanah menggunakan teknik yang dikenal sebagai interferometri, untuk membentuk VLTI. GRAVITASI menggunakan teknologi ini untuk mengukur posisi objek langit malam berdasarkan ketinggian[{” attribute=””>accuracy — equivalent to picking out a quarter-dollar coin on the surface of the Moon.
3. The 2020 Nobel Prize in Physics was awarded in part to Reinhard Genzel and Andrea Ghez “for the discovery of a supermassive compact object at the center of our galaxy.”

This research is presented in the paper “The mass distribution in the Galactic Centre from interferometric astrometry of multiple stellar orbits” which is published in Astronomy & Astrophysics. A companion paper “Deep Images of the Galactic Center with GRAVITY” has also been published in Astronomy & Astrophysics.

References:

“Mass distribution in the Galactic Center based on interferometric astrometry of multiple stellar orbits” by GRAVITY Collaboration: R. Abuter, N. Aimar, A. Amorim, J. Ball, M. Bauböck, J. P. Berger, H. Bonnet, G. Bourdarot, W. Brandner, V. Cardoso, Y. Clénet, Y. Dallilar, R. Davies, P. T. de Zeeuw, J. Dexter, A. Drescher, F. Eisenhauer, N. M. Förster Schreiber, A. Foschi, P. Garcia, F. Gao, E. Gendron, R. Genzel, S. Gillessen, M. Habibi, X. Haubois, G. Heißel,??, T. Henning, S. Hippler, M. Horrobin, L. Jochum, L. Jocou, A. Kaufer, P. Kervella, S. Lacour, V. Lapeyrère, J.-B. Le Bouquin, P. Léna, D. Lutz, T. Ott, T. Paumard, K. Perraut, G. Perrin, O. Pfuhl, S. Rabien, J. Shangguan, T. Shimizu, S. Scheithauer, J. Stadler, A.W. Stephens, O. Straub, C. Straubmeier, E. Sturm, L. J. Tacconi, K. R. W. Tristram, F. Vincent, S. von Fellenberg, F. Widmann, E. Wieprecht, E. Wiezorrek, J. Woillez, S. Yazici and A. Young, 19 January 2022, Astronomy & Astrophysics.
DOI: 10.1051/0004-6361/202142465

“Deep images of the Galactic center with GRAVITY” by GRAVITY Collaboration: R. Abuter, N. Aimar, A. Amorim, P. Arras, M. Bauböck, J. P. Berger, H. Bonnet, W. Brandner, G. Bourdarot, V. Cardoso, Y. Clénet, R. Davies, P. T. de Zeeuw, J. Dexter, Y. Dallilar, A. Drescher, F. Eisenhauer, T. Enßlin, N. M. Förster Schreiber, P. Garcia, F. Gao, E. Gendron, R. Genzel, S. Gillessen, M. Habibi, X. Haubois, G. Heißel, T. Henning, S. Hippler, M. Horrobin, A. Jiménez-Rosales, L. Jochum, L. Jocou, A. Kaufer, P. Kervella, S. Lacour, V. Lapeyrère, J.-B. Le Bouquin, P. Léna, D. Lutz, F. Mang, M. Nowak, T. Ott, T. Paumard, K. Perraut, G. Perrin, O. Pfuhl, S. Rabien, J. Shangguan, T. Shimizu, S. Scheithauer, J. Stadler, O. Straub, C. Straubmeier, E. Sturm, L. J. Tacconi, K. R. W. Tristram, F. Vincent, S. von Fellenberg, I. Waisberg, F. Widmann, E. Wieprecht, E. Wiezorrek, J. Woillez, S. Yazici, A. Young and G. Zins, 19 January 2022, Astronomy & Astrophysics.
DOI: 10.1051/0004-6361/202142459

More information

The team behind this result is composed of The GRAVITY Collaboration, R. Abuter (European Southern Observatory), A. Amorim (Universidade de Lisboa and CENTRA – Centro de Astrofísica e Gravitação), M. Bauböck (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and University of Illinois), J. P. Berger (University Grenoble Alpes and European Southern Observatory), H. Bonnet (European Southern Observatory), G. Bourdarot (University Grenoble Alpes and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), V. Cardoso (CENTRA – Centro de Astrofísica e Gravitação and CERN), Y. Clénet (LESIA, Observatoire de Paris), Y. Dallilar (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), R. Davies (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), P. T. de Zeeuw (Leiden University and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), J. Dexter (University of Colorado, Boulder), A. Drescher (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), A. Eckart (University of Cologne and Max Planck Institute for Radio Astronomy), F. Eisenhauer (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), N. M. Förster Schreiber (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), P. Garcia (Universidade do Porto and CENTRA – Centro de Astrofísica e Gravitação), F. Gao (Universität Hamburg and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Gendron (LESIA, Observatoire de Paris), R. Genzel (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and University of California, Berkeley), S. Gillessen (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), M. Habibi (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), X. Haubois (European Southern Observatory), G. Heißel (LESIA, Observatoire de Paris), T. Henning (Max Planck Institute for Astronomy), S. Hippler (Max Planck Institute for Astronomy), M. Horrobin (University of Cologne), L. Jochum (European Southern Observatory), L. Jocou (University Grenoble Alpes), A. Kaufer (European Southern Observatory), P. Kervella (LESIA, Observatoire de Paris), S. Lacour (LESIA, Observatoire de Paris), V. Lapeyrère (LESIA, Observatoire de Paris), J.-B. Le Bouquin (University Grenoble Alpes), P. Léna (LESIA, Observatoire de Paris), D. Lutz (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Ott (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Paumard (LESIA, Observatoire de Paris), K. Perraut (University Grenoble Alpes), G. Perrin (LESIA, Observatoire de Paris), O. Pfuhl (European Southern Observatory and Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), S. Rabien (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), G. Rodríguez-Coira (LESIA, Observatoire de Paris), J. Shangguan (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), T. Shimizu (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), S. Scheithauer (Max Planck Institute for Astronomy), J. Stadler (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), O. Straub (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), C. Straubmeier (University of Cologne), E. Sturm (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), L. J. Tacconi (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), K. R. W. Tristram (European Southern Observatory), F. Vincent (LESIA, Observatoire de Paris), S. von Fellenberg (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), F. Widmann (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Wieprecht (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), E. Wiezorrek (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), J. Woillez (European Southern Observatory), S. Yazici (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics and the University of Cologne), and A. Young (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics).