ตั้งแต่ทศวรรษ 1970 นักดาราศาสตร์ได้ตั้งทฤษฎีว่าที่ใจกลางกาแลคซีของเราประมาณ 26,000 ปีแสงจากโลกมีหลุมดำมวลมหาศาล (SMBH) ที่รู้จักกันในชื่อ Sagittarius A * เชื่อกันว่าหลุมดำนี้มีอิทธิพลอย่างลึกซึ้งต่อการก่อตัวและวิวัฒนาการของกาแลคซีของเราหลุมดำนี้มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 44 ล้านกิโลเมตร (27.3 ล้านไมล์) และมีน้ำหนักประมาณ 4 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์
ถึงกระนั้นนักวิทยาศาสตร์ก็ไม่สามารถมองเห็นมันได้โดยตรงและการมีอยู่ของมันก็ถูกอนุมานจากผลกระทบที่มีต่อดวงดาวและวัตถุรอบตัว อย่างไรก็ตามการสำรวจใหม่ที่ดำเนินการโดยการทำงานร่วมกันของ GRAVITY ** ได้ให้การสังเกตอย่างละเอียดที่สุดถึงวันที่รอบตัว Sagittarius A * ซึ่งเป็นหลักฐานที่แข็งแกร่งที่สุด แต่มีหลุมดำอยู่ที่ใจกลางทางช้างเผือก
การศึกษาซึ่งอธิบายการค้นพบของพวกเขา -“ การตรวจจับการเคลื่อนที่ของวงโคจรใกล้กับวงโคจรทรงกลมสุดท้ายที่มีเสถียรภาพของหลุมดำขนาดใหญ่ SgrA *” ซึ่งเพิ่งปรากฏในวารสาร ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์ - นำโดย Reinhard Genzel จากสถาบัน Max Planck สำหรับฟิสิกส์ต่างดาว (MPE) และรวมถึงนักวิทยาศาสตร์ต่าง ๆ ที่ประกอบขึ้นเป็นความร่วมมือ GRAVITY
การทำงานร่วมกันของ GRAVITY (ซึ่งประกอบด้วยนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันวิจัยและมหาวิทยาลัยหลายแห่งในยุโรป) ได้รับการกล่าวขานว่าเป็นเพราะความสัมพันธ์ของพวกเขากับเครื่องมือ GRAVITY ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่ของอินเตอร์เนชันโตมิเตอร์ (VLTI) ของ ESO เครื่องมือนี้รวมแสงจากหน่วยกล้องโทรทรรศน์ทั้งสี่ของ VLT เพื่อสร้างกล้องโทรทรรศน์เสมือนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 130 ม. (426.5 ฟุต)
ในช่วงสองปีที่ผ่านมาทีมนี้ใช้เครื่องมือนี้เพื่อสังเกตศูนย์กาแลคซีและ Sgr A * เพื่อสังเกตผลกระทบที่มีต่อสภาพแวดล้อมโดยรอบ จุดประสงค์ของการสังเกตเหล่านี้คือเพื่อทดสอบการทำนายโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein และเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับ SMBH โดยการศึกษาผู้สมัครที่ใกล้เคียงที่สุด
วัตถุประสงค์อีกประการหนึ่งคือการค้นหาการเคลื่อนไหวของการแผ่รังสีแสงอินฟราเรด (aka. 'ฮอตสปอต') ในดิสก์ A Sag A * แผ่นเพิ่ม (เข็มขัดก๊าซที่โคจรรอบหลุมดำ) เปลวไฟเกิดขึ้นเมื่อก๊าซนี้ซึ่งถูกเร่งความเร็วให้สัมพันธ์กันถูกดึงให้ใกล้ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ - สิ่งที่เรียกว่าวงโคจรทรงกลมที่เสถียรที่สุด (ISCO) - โดยไม่ต้องบริโภค
ด้วยการใช้เครื่องมือ GRAVITY บน VLTI ทีมสังเกตว่าพลุมาจากสายพานที่เร่งความเร็วแสงเป็น 30% ในวงโคจรรอบ ๆ Sag A * ไม่เพียงแค่นี้เป็นครั้งแรกที่วัสดุได้รับการสังเกตว่าโคจรใกล้กับจุดดำที่ไม่กลับมา แต่เป็นข้อสังเกตที่ละเอียดที่สุด แต่ยังมีวัสดุที่กำลังโคจรอยู่ใกล้กับหลุมดำ
ในฐานะที่เป็น Oliver Pfuhl นักวิทยาศาสตร์ของ Max Planck Institute สำหรับฟิสิกส์ต่างดาวและผู้ร่วมเขียนบนกระดาษกล่าวในการแถลงข่าวล่าสุดของ ESO:
“เป็นเรื่องเหลือเชื่อที่จะได้เห็นวัตถุที่โคจรรอบหลุมดำขนาดใหญ่ที่ความเร็ว 30% ของแสง ความไวอย่างมากของ GRAVITY ทำให้เราสามารถสังเกตกระบวนการเพิ่มขึ้นแบบเรียลไทม์ในรายละเอียดที่ไม่เคยมีมาก่อน“
การสังเกตการณ์ที่พวกเขาดำเนินการยังยืนยันทฤษฎีที่ว่า Sag A * นั้นเป็นหลุมดำมวลมหาศาล - หรือที่เรียกกันว่า "กระบวนทัศน์หลุมดำขนาดใหญ่" ดังที่ Genzel อธิบายความสำเร็จนี้เป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์คาดหวังมานานหลายทศวรรษ “ นี่เป็นหนึ่งในโครงการในฝันของเราเสมอ แต่เราไม่กล้าหวังว่ามันจะเป็นไปได้ในเร็ว ๆ นี้” เขากล่าว
น่าสนใจนี่ไม่ใช่ครั้งแรกที่การทำงานร่วมกันของ GRAVITY ใช้ VLTI เพื่อสังเกตศูนย์กลางของกาแลคซีของเรา เมื่อต้นปีที่ผ่านมาทีมได้ใช้ GRAVITY และ Spectrograph สำหรับการสำรวจภาคสนามในเครื่องมือ Near Infrared (SINFONI) เพื่อวัดการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์เนื่องจากดำเนินการบินอย่างใกล้ชิดโดย Sag A *
เมื่อดาวฤกษ์ (S2) ผ่านไปใกล้กับสนามแรงโน้มถ่วงสุดยอดของราศีธนู A * ทีมได้ทำการตรวจสอบตำแหน่งและความเร็วของดาวฤกษ์และเปรียบเทียบกับการวัดก่อนหน้านี้ หลังจากเปรียบเทียบกับทฤษฎีแรงโน้มถ่วงต่างๆพวกเขาสามารถยืนยันได้ว่าพฤติกรรมของดาวนั้นสอดคล้องกับการทำนายที่ทำโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein
นี่เป็นความสำเร็จครั้งใหญ่เนื่องจากเป็นครั้งแรกที่สัมพัทธภาพทั่วไปได้รับการยืนยันในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงเช่นนี้ ดังที่ Pfuhl อธิบาย:
“เราเฝ้าติดตาม S2 อย่างใกล้ชิดและแน่นอนว่าเราจะคอยตรวจดูราศีธนู A * เสมอ ในระหว่างการสำรวจเราโชคดีพอที่จะสังเกตเห็นเปลวไฟสว่างสามดวงจากรอบหลุมดำ - มันเป็นเรื่องบังเอิญที่โชคดี!“
ในท้ายที่สุดการสังเกตการณ์ที่ก้าวล้ำเหล่านี้เกิดขึ้นได้เนื่องจากการรวมกันของความร่วมมือระหว่างประเทศและเครื่องมือที่ทันสมัย ในอนาคตเครื่องมือขั้นสูง - และวิธีการแบ่งปันข้อมูลที่ได้รับการปรับปรุง - จะต้องปลดล็อกความลึกลับของจักรวาลมากขึ้นและช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจว่ามันเป็นอย่างไร
และอย่าลืมตรวจสอบ ESOcast นี้ที่พูดถึงการค้นพบครั้งล่าสุดนี้ด้วยความอนุเคราะห์จาก ESO:
** ความร่วมมือ GRAVITY ประกอบด้วยสมาชิกจากสถาบัน Max Planck สำหรับฟิสิกส์ต่างดาว, หอดูดาว LESIA Paris, ศูนย์ Nationale de Researches Scientifique (CNRS), สถาบัน Max Planck สำหรับดาราศาสตร์, Centro de Astrofísica e Gravitação (CENTRA) หอดูดาวยุโรปใต้ (ESO) และมหาวิทยาลัยในยุโรปหลายแห่ง
