Wiadomo, iż w centrum naszej galaktyki, zwanej Drogą Mleczną, znajduje się supermasywna czarna dziura. Obiekt nazywany jest Sagittarius A* (w skrócie Sgr A*) – to nazwa jasnego i zwartego radioźródła w centrum Drogi Mlecznej, utożsamianego przez astronomów z okolicą czarnej dziury.

Od około trzydziestu lat trwają obserwacje obiektów w pobliżu tej czarnej dziury, aby wyznaczyć jej masę i inne własności, a także w celu testowania przewidywań ogólnej teorii względności Alberta Einsteina. W 2020 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki, właśnie za te długoletnie badania, otrzymał prof. Reinhard Genzel, dyrektor Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) w Garching (Niemcy), który kieruje również najnowszymi badaniami tego rejonu Drogi Mlecznej.

Prof. Genzel wskazuje, że najlepszym sposobem na poznanie tajemnic czarnej dziury jest śledzenie ruchu gwiazd na orbitach w jej pobliżu. Aby odnaleźć jak najwięcej gwiazd w tym rejonie, zespół z projektu GRAVITY opracował nową technikę analizy danych, pozwalającą przy pomocy interferometru VLTI na uzyskiwanie jeszcze dokładniejszych i ostrzejszych obrazów centrum Drogi Mlecznej.

W szczególności w nowych badaniach udało się odnaleźć gwiazdę nazwaną S300, która nie była znana do tej pory. Badano też m.in. gwiazdę S29, rekordzistkę pod względem zbliżenia do czarnej dziury. W maju 2021 roku przeszła w odległości zaledwie 13 miliardów kilometrów od czarnej dziury. To dystans około 90 razy większy niż odległość Ziemi od Słońca. Prędkość, z jaką gwiazda się wtedy poruszała, wyniosła 8740 km/s.

GRAVITY to także nazwa instrumentu zamontowanego na interferometrze VLTI w Obserwatorium Paranal w Chile, należącym do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO). GRAVITY łączy światło ze wszystkich czterech 8,2-metrowych teleskopów VLT, przy pomocy techniki zwanej interferometrią. W ostatecznym efekcie otrzymujemy obrazy 20 razy ostrzejsze niż z pojedynczych teleskopów VLT.

Śledzenie gwiazd na bliskich orbitach wokół Sagittarius A* pozwala astronomom na próbkowanie pola grawitacyjnego czarnej dziury. Wyniki potwierdzają, że gwiazdy mkną po swoich orbitach zgodnie z przewidywaniami teorii Alberta Einsteina dla supermasywnego obiektu w centrum. Masę czarnej dziury określono na 4,30 milionów mas Słońca i jest to najprecyzyjniejsze jej wyznaczenie jak do tej pory. Z kolei dystans od nas do czarnej dziury wynosi 27 tysięcy lat świetlnych.

W celu uzyskania nowych obrazów naukowcy wykorzystali technikę uczenia maszynowego zwaną "teorią pola informacyjnego" (ang. Information Field Theory). Opracowali model jak może wyglądać prawdziwe źródło, zasymulowali, w jaki sposób instrument GRAVITY widziałby je i porównali symulacje z faktycznymi obserwacjami z GRAVITY. Dodatkowo, oprócz obserwacji GRAVITY, zespół użył również danych z NACO i SINFONI, czyli dwóch wcześniejszych instrumentów teleskopu VLT, a także pomiarów z Keck Observatory i NOIRLab Gemini Observatory w Stanach Zjednoczonych.

Astronomowie nie zamierzają jednak spocząć na laurach. Już planują modernizację GRAVITY do instrumentu GRAVITY+ z jeszcze lepszymi możliwościami (ma zostać zainstalowany na VLTI w najbliższych latach). Dodatkowo w niedalekiej odległości od Paranal, na górze Armazones, budowany jest Ekstremalnie Wielkie Teleskop (ELT), który ma być „największym okiem świata na niebo” ze swoim blisko 40-metrowym zwierciadłem. Być może dzięki tym dwóm instrumentom naukowcom uda się m.in. zmierzyć jak szybko kręci się supermasywna czarna dziura.

Wyniki badań międzynarodowego zespołu naukowców przedstawiono 14 grudnia w dwóch artykułach w prestiżowym czasopiśmie „Astronomy & Astrophysics”. (PAP)

cza/ zan/