Sedan 1970-talet har astronomer teoretiserat att i centrum av vår galax, cirka 26 000 ljusår från jorden, finns ett supermassivt svart hål (SMBH) känt som Skytten A *. Att mäta uppskattningsvis 44 miljoner km (27,3 miljoner mi) i diameter och väga in ungefär 4 miljoner solmassor, tros detta svarta hål ha haft ett starkt inflytande på bildandet och utvecklingen av vår galax.
Och ändå har forskare aldrig kunnat se det direkt och dess existens har endast slutsats från den effekt det har på stjärnorna och materialet som omger det. Emellertid har nya observationer genomförda av GRAVITY-samarbetet ** lyckats ge de mest detaljerade observationerna hittills av frågan kring Skytten A *, vilket är det starkaste beviset på att ett svart hål finns i mitten av Vintergatan.
Studien som beskriver deras resultat - ”Upptäckt av orbitalrörelser nära den sista stabila cirkulära banan av det massiva svarta hålet SgrA *”, som nyligen dök upp i tidskriften Astronomi och astrofysik - leddes av Reinhard Genzel från Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) och inkluderade de olika forskarna som utgör GRAVITY-samarbetet.
GRAVITY-samarbetet (som består av forskare från flera europeiska forskningsinstitut och universitet) kallas så på grund av deras associering med GRAVITY-instrumentet, som är en del av ESO: s Very Large Telescope Interferometer (VLTI). Detta instrument kombinerar ljuset från VLT: s fyra enhetsteleskop för att skapa ett virtuellt teleskop som mäter 130 m (426,5 ft) i diameter.
Under de senaste två åren har detta team använt detta instrument för att observera Galactic Center och Sgr A * för att observera effekterna det har på den omgivande miljön. Syftet med dessa observationer har varit att testa de förutsägelser som gjorts av Einsteins teori om allmän relativitet och lära sig mer om SMBH genom att studera den närmast tillgängliga kandidaten.
Ett annat syfte var att söka efter orbitalrörelserna med blossar av infraröd strålning (alias 'hot spots') i Sag A * -skiltningsskivan (bältet med gas som kretsar kring det svarta hålet). Flossarna inträffar när denna gas, som accelereras till relativistiska hastigheter, dras så nära som möjligt det svarta hålets händelseshorisont - det som kallas den innersta stabila cirkulära banan (ISCO) - utan att konsumeras.
Med hjälp av GRAVITY-instrumentet på VLTI såg teamet blossar från bältet som accelererades till 30% ljusets hastighet i en cirkulär bana runt Sag A *. Inte bara var detta första gången material har observerats som kretsar nära ett svart håls punkt utan återvändande, det var de mest detaljerade observationerna ännu om material som kretsar runt detta nära ett svart hål.
Som Oliver Pfuhl, en forskare vid Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics och en medförfattare på tidningen, sa i ett nyligen pressmeddelande från ESO:
“Det är förbluffande att faktiskt bevittna material som kretsar runt ett massivt svart hål med 30% av ljusets hastighet. GRAVITYs enorma känslighet har gjort det möjligt för oss att iaktta observationsprocesserna i realtid i enastående detalj.“
Observationerna som de genomförde bekräftade också teorin om att Sag A * verkligen är ett supermassivt svart hål - annars känt som ”det massiva svarthålsparadigmet”. Som Genzel förklarade är denna prestation något som forskarna har sett fram emot i årtionden. "Detta var alltid ett av våra drömprojekt men vi vågade inte hoppas att det skulle bli möjligt så snart," sade han.
Intressant nog är detta inte första gången som GRAVITY-samarbetet använder VLTI för att observera centrum av vår galax. Tidigare i år använde teamet GRAVITY och Spektrografen för INTegral Field Observations in the Near Infrared (SINFONI) -instrumentet för att mäta en stjärnas rörelser när den genomförde en nära fly-by med Sag A *.
När stjärnan (S2) passerade nära det extrema tyngdfältet i Skytten A *, mätte laget stjärnans position och hastighet och jämförde dessa med tidigare mätningar. Efter att ha jämfört dem med olika tyngdkraftteorier kunde de bekräfta att stjärnans beteende överensstämde med förutsägelser gjorda av Einsteins teori om allmän relativitet.
Detta var en stor prestation, eftersom det var första gången som General Relativity bekräftades i en så extrem miljö. Som Pfuhl förklarade:
“Vi övervakade noggrant S2, och naturligtvis håller vi alltid ett öga på Skytten A *. Under våra observationer hade vi turen att märka tre ljusa blossar från runt det svarta hålet - det var ett lyckligt sammanfall!“
I slutändan gjordes dessa banbrytande observationer tack vare en kombination av internationellt samarbete och toppmoderna instrument. I framtiden kommer mer avancerade instrument - och förbättrade metoder för datadelning - säkert att låsa upp ännu fler mysterier om universum och hjälpa forskare att förstå hur det blev.
Och se till att kolla in denna ESOcast som talar om den senaste upptäckten, med tillstånd av ESO:
** GRAVITY-samarbetet består av medlemmar från Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, LESIA Paris Observatory, Centre Nationale de Researches Scientifique (CNRS), Max Planck Institute for Astronomy, Centro de Astrofísica e Gravitação (CENTRA) , European Southern Observatory (ESO) och flera europeiska universitet.
