银河系中心黑洞质量有了最精确测量

银河系中心黑洞质量有了最精确测量
These annotated images, obtained with the GRAVITY instrument on ESO’s Very Large Telescope Interferometer (VLTI) between March and July 2021, show stars orbiting very close to Sgr A*, the supermassive black hole at the heart of the Milky Way. One of these stars, named S29, was observed as it was making its closest approach to the black hole at 13 billion kilometres, just 90 times the distance between the Sun and Earth. Another star, named S300, was detected for the first time in the new VLTI observations. To obtain the new images, the astronomers used a machine-learning technique, called Information Field Theory. They made a model of how the real sources may look, simulated how GRAVITY would see them, and compared this simulation with GRAVITY observations. This allowed them to find and track stars around Sagittarius A* with unparalleled depth and accuracy.

人马座A*是位于银河系中心一个非常光亮及致密的射电波源,它很有可能是离我们最近的超大质量黑洞的所在,因此也被认为是研究黑洞的最佳目标。

德国马克斯·普朗克地外物理研究所(MPE)的莱因哈德·根泽尔主任带领的团队对围绕人马座A*运行的恒星进行了长达30年的研究。他们想要更多地了解人马座A*,它到底有多大?会旋转吗?它周围的恒星是否完全符合爱因斯坦广义相对论?此次,他们的最新研究成果14日发表在《天文学与天体物理学》的两篇论文中。

新的观测结果与该团队之前的数据相结合,证实了恒星的运行路径,这与广义相对论所预测的绕着一个质量为太阳430万倍的黑洞运行的物体的路径完全一致。这是迄今为止对银河系中心黑洞质量最精确的估计。研究人员还设法微调了到人马座A*的距离,发现它距离我们2.7万光年。

测量的结果和图像的获得要归功于新型万有引力“GRAVITY”设备,这是VLTI的一种独特的终端仪器。GRAVITY使用一种称为干涉测量的技术,将ESO的4个甚大望远镜(VLT)的光线结合在一起。这项技术很复杂,“但最终你得到的图像比单独的VLT望远镜的图像清晰20倍,从而揭示了银河系中心的秘密,”来自MPE的首席引力研究员弗兰克·艾森豪尔说。

根泽尔解释说:“在人马座A*附近轨道上跟踪恒星使我们能够精确探测离地球最近的大质量黑洞周围的引力场,以测试广义相对论,并确定黑洞的性质。”

GRAVITY将在未来十年升级为GRAVITY+,它也将安装在ESO的VLTI上,并将进一步提高灵敏度,以揭示更接近黑洞的较暗恒星。该团队的目标是最终找到距离黑洞非常近的、其轨道能够感受到黑洞自转引起的引力效应的恒星。ESO即将在智利阿塔卡马沙漠建造的极大型望远镜(ELT)将进一步让天文学家以超高精度测量这些恒星的速度。艾森豪尔说:“把GRAVITY+和ELT结合起来,我们将能够知道黑洞的旋转速度。”

总编辑圈点

GRAVITY将欧洲南方天文台四台甚大望远镜接收到的光线汇聚在一起进行干涉测量,从而让四台独立的望远镜发挥出非同凡响的效果。为了建造GRAVITY,欧洲南方台耗资近亿欧元,历时10年。过去几年间,科研人员利用GRAVITY做出了一些重大发现,比如我国科研人员领导的恒星微引力透镜成像的首次分辨观测。这次GRAVITY帮助获得了迄今为止银河系中心超大质量黑洞周围区域最深、最清晰的图像。当人类拥有越来越强大的观测工具,也就能揭示越来越深邃的宇宙中的秘密了。

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