Sedan det först upptäcktes 1974 har astronomer dött efter att få en bättre titt på det supermassiva svarta hålet (SBH) i mitten av vår galax. Känd som Skytten A*, har forskare bara kunnat mäta positionen och massan av denna SBH genom att mäta effekten den har på stjärnorna som kretsar runt den. Men än så länge har mer detaljerade observationer undgått dem, delvis tack vare all gas och damm som skymmer det.
Lyckligtvis började European Southern Observatory (ESO) nyligen arbeta med ALLVAR interferometer, den senaste komponenten i deras Mycket stort teleskop (VLT). Med hjälp av detta instrument, som kombinerar nära-infraröd avbildning, adaptiv optik och avsevärt förbättrad upplösning och noggrannhet, har de lyckats fånga bilder av stjärnorna som kretsar kring Skytten A*. Och det de har observerat var ganska fascinerande.
Ett av de primära syftena med GRAVITY är att studera gravitationsfältet runt Sagittarius A* för att göra exakta mätningar av stjärnorna som kretsar runt den. På så sätt kommer GRAVITY-teamet – som består av astronomer från ESO, Max Planck Institute och flera europeiska forskningsinstitut – att kunna testa Einsteins teori om Allmän relativitet som aldrig förr.
Spitzer-bild av kärnan i Vintergatans galax. Kredit: NASA/JPL-Caltech/S. Stolovy (SSC/Caltech)
I vad som var den första observationen som gjordes med det nya instrumentet använde GRAVITY-teamet sina kraftfulla interferometriska bildegenskaper för att studera S2, en svag stjärna som kretsar runt Skytten A* med en period på bara 16 år. Detta test visade effektiviteten hos GRAVITY-instrumentet – som är 15 gånger känsligare än de individuella 8,2-meters enhetsteleskop som VLT för närvarande förlitar sig på.
Detta var en historisk bedrift, eftersom en klar bild av mitten av vår galax är något som har undgått astronomer tidigare. Som GRAVITYs ledande forskare, Frank Eisenhauer – från Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics i Garching, Tyskland – förklarade för Universe Today via e-post:
'För det första är Galactic Center gömt bakom en enorm mängdinterstellärt damm, och det är praktiskt taget osynligt vid optiskvåglängder. Stjärnorna är bara observerbara i infrarött, så vi förstvar tvungen att utveckla den nödvändiga tekniken och instrumenten för det.För det andra, det finns så många stjärnor koncentrerade i Galactic Center attett normalt teleskop är inte tillräckligt skarpt för att lösa dem. Det var bara inslutet av 1990′ och i början av detta århundrade när vi lärde oss detskärpa bilderna med hjälp av fläckinterferometri och adaptivoptik för att se stjärnorna och observera deras dans runt den centrala svartahål.'
Men mer än så var observationen av S2 väldigt väl tajmad. 2018 kommer stjärnan att vara närmast Skytten A* i sin omloppsbana – bara 17 ljustimmar från den. Som du kan se från videon nedan är det vid denna tidpunkt som S2 kommer att röra sig mycket snabbare än vid någon annan punkt i sin omloppsbana (banan för S2 är markerad i rött och läget för det centrala svarta hålet är markerat med en röda Korset).
När den närmar sig närmast kommer S2 att accelerera till hastigheter på nästan 30 miljoner km per timme, vilket är 2,5 % av ljusets hastighet. En annan möjlighet att se denna stjärna nå så höga hastigheter kommer inte att komma igen förrän om 16 år – 2034. Och efter att ha visat hur känsligt instrumentet redan är, förväntar sig GRAVITY-teamet att kunna göra mycket exakta mätningar av stjärnans position.
Faktum är att de förutser att noggrannhetsnivån kommer att vara jämförbar med den för att mäta objekts positioner på Månens yta, ända ner till centimeterskalan. Som sådana kommer de att kunna avgöra om stjärnans rörelse när den kretsar runt det svarta hålet överensstämmer med Einsteins allmänna relativitetsteorier.
'[Jag] är inte hastigheten i sig som orsakar de allmänna relativistiska effekterna,' förklarade Eisenhauer, 'utan den starka gravitationen runt det svarta hålet. Men den mycket höga omloppshastigheten är en direkt konsekvens och ett mått på gravitationen, så vi hänvisar till det i pressmeddelandet eftersom jämförelsen med ljusets hastighet och ISS illustrerar de extrema förhållandena så bra.
Konstnärens intryck av gravitationens inflytande på rum-tid. Kredit: space.com
Som senaste simuleringar av utbyggnaden av galaxer i universum har visat att Einsteins teorier fortfarande håller i sig efter många decennier. Dessa tester kommer dock att erbjuda hårda bevis, erhållna genom direkt observation. En stjärna som färdas med en del av ljusets hastighet runt ett supermassivt svart hål i mitten av vår galax kommer säkerligen att visa sig vara ett passande test.
Och Eisenhauer och hans kollegor förväntar sig att se några mycket intressanta saker. 'Vi hoppas få se en 'spark' i omloppsbanan.' han sa. 'De generella relativistiska effekterna ökar mycket kraftigt när du närmar dig det svarta hålet, och när stjärnan svänger förbi kommer dessa effekter något att ändra riktningen på
bana.'
Även om de av oss här på jorden inte kommer att kunna 'stjärnblicka' vid det här tillfället och se R2 piska förbi Skytten A*, kommer vi fortfarande att vara medvetna om alla resultat. Och då kan vi bara se om Einstein verkligen hade rätt när han föreslog vad som fortfarande är den dominerande teorin om gravitation i fysiken, över ett sekel senare.
Vidare läsning: eso.org