Apakah ada hal lain yang tersembunyi di pusat Bima Sakti?

Illustration des Schwarzen Lochs Sagittarius A* im Zentrum der Milchstraße. Bildnachweis: Internationales Gemini-Observatorium/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/(Spaceengine), Danksagung: M. Zamani (NSFs NOIRLab)

„Wir sind dem Gemini Observatory sehr dankbar, dessen GNIRS-Instrument uns die entscheidenden Informationen lieferte, die wir brauchten“, sagte Reinhard Genzel, Direktor des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik und Mitempfänger des Nobelpreises 2020 für Physik. „Diese Studie zeigt die weltweite Zusammenarbeit von ihrer besten Seite.“

Das galaktische Zentrum der Milchstraße, etwa 27.000 Lichtjahre von der Sonne entfernt, enthält die kompakte Radioquelle Sgr A*, die Astronomen als supermassereiches Schwarzes Loch mit 4,3 Millionen Sonnenmassen identifiziert haben. Trotz jahrzehntelanger sorgfältiger Beobachtungen – und des Nobelpreises für die Entdeckung der Identität von Sgr A*^[3] – Sulit untuk membuktikan secara meyakinkan bahwa sebagian besar massa ini hanya milik lubang hitam supermasif dan tidak juga mengandung sejumlah besar materi seperti bintang yang lebih kecil lubang hitamdebu dan gas antarbintang, atau Materi gelap.

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

“Sekarang, dengan Hadiah Nobel Fisika 2020 untuk mengonfirmasi bahwa Sgr A* memang lubang hitam, kami ingin melangkah lebih jauh. Kami ingin memahami apakah ada hal lain yang tersembunyi di pusat Bima Sakti dan apakah relativitas umum benar-benar teori gravitasi yang benar di laboratorium ekstrem ini,” jelas Stefan Gillessen, salah satu astronom yang terlibat dalam penelitian ini. “Cara termudah untuk menjawab pertanyaan ini adalah dengan melacak orbit bintang yang lewat di dekat Sgr A*.”

Teori relativitas umum Einstein memprediksi bahwa orbit bintang di sekitar objek kompak supermasif sedikit berbeda dari yang diprediksi oleh fisika klasik Newton. Secara khusus, relativitas umum memprediksi bahwa orbit bintang mengikuti bentuk roset yang elegan – efek yang dikenal sebagai Presesi Schwarzschild. Untuk benar-benar melihat bintang menelusuri roset ini, tim melacak posisi dan kecepatan empat bintang di dekat Sgr A* – dijuluki S2, S29, S38 dan S55. Pengamatan tim tentang sejauh mana bintang-bintang ini mengalami presesi memungkinkan mereka untuk menyimpulkan distribusi massa di dalam Sgr A*. Mereka menemukan bahwa setiap massa yang diperpanjang dalam orbit bintang S2 paling banyak 0,1% dari massa lubang hitam supermasif.

Urutan animasi dari[{” 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 pada tahun 2019). Memperbesar lebih jauh mengungkapkan bintang-bintang yang lebih dekat ke lubang hitam yang diamati pada pertengahan 2021 dengan instrumen GRAVITASI pada Interferometri Teleskop Sangat Besar milik ESO.

“Observatorium Gemini terus memberikan wawasan baru tentang sifat galaksi kita dan lubang hitam besar di pusatnya,” kata Martin Still, petugas program Gemini di National Science Foundation. “Pengembangan instrumen lebih lanjut selama dekade berikutnya, ditakdirkan 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 “Sagitarius A Star”.
2. VLT ESO terdiri dari empat teleskop 8,2 meter yang disusun secara individual yang dapat menggabungkan cahaya melalui jaringan cermin dan terowongan bawah tanah menggunakan teknik yang dikenal sebagai interferometri untuk membentuk VLTI. GRAVITASI menggunakan teknik ini untuk mengukur posisi objek di langit malam dengan kecerahan tinggi[{” 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).