Osserva le stelle muoversi intorno al buco nero supermassiccio della Via Lattea nelle immagini più profonde mai realizzate


Queste immagini commentate, ottenute con lo strumento GRAVITY sul Very Large Telescope Interferometer (VLTI) dell’ESO tra marzo e luglio 2021, mostrano stelle in orbita molto vicine a Sgr A, il buco nero supermassiccio nel cuore della Via Lattea. Una di queste stelle, chiamata S29, è stata osservata mentre si avvicinava al buco nero a 13 miliardi di chilometri, appena 90 volte la distanza tra il Sole e la Terra. Un’altra stella, chiamata S300, è stata rilevata per la prima volta nelle nuove osservazioni VLTI. Per ottenere le nuove immagini, gli astronomi hanno usato una tecnica di apprendimento automatico, chiamata Information Field Theory. Hanno creato un modello di come potrebbero apparire le fonti reali, hanno simulato come GRAVITY le vedrebbe e hanno confrontato questa simulazione con le osservazioni di GRAVITY. Questo ha permesso loro di trovare e tracciare le stelle intorno a Sagittarius A con una profondità e una precisione senza precedenti.

Il Very Large Telescope Interferometer dell’European Southern Observatory (VLTI dell’ESO) ha ottenuto le immagini più profonde e nitide della regione intorno al buco nero supermassiccio al centro della Via Lattea. Le nuove immagini ingrandiscono 20 volte di più di quanto fosse possibile prima del VLTI e hanno aiutato gli astronomi a trovare una stella mai vista prima vicino al buco nero. Seguendo le orbite delle stelle al centro della Via Lattea, il team ha fatto la misura più precisa della massa del buco nero.


Vogliamo saperne di più sul buco nero al centro della Via Lattea, Sagittarius A:

  • Quanto è massiccio esattamente?
  • Ruota?
  • Le stelle intorno ad esso si comportano esattamente come ci aspettiamo dalla teoria della relatività generale di Einstein?

Il modo migliore per rispondere a queste domande è seguire le stelle su orbite vicine al buco nero supermassiccio. E qui dimostriamo che possiamo farlo con una precisione mai raggiunta prima“, spiega Reinhard Genzel, direttore del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) di Garching, Germania, che ha ricevuto il premio Nobel nel 2020 per la ricerca su Sagittarius A.

Gli ultimi risultati di Genzel e del suo team, che espandono il loro studio di tre decenni sulle stelle che orbitano intorno al buco nero supermassiccio della Via Lattea, sono pubblicati oggi in due articoli su Astronomy & Astrophysics.

Con l’obiettivo di trovare ancora più stelle vicino al buco nero, il team, noto come la collaborazione GRAVITY, ha sviluppato una nuova tecnica di analisi che ha permesso loro di ottenere le immagini più profonde e nitide del centro galattico. “Il VLTI ci dà questa incredibile risoluzione spaziale, e con le nuove immagini, arriviamo più in profondità che mai. Siamo sbalorditi dalla loro quantità di dettagli e dall’azione e dal numero di stelle che rivelano intorno al buco nero“, spiega Julia Stadler, una ricercatrice del Max Planck Institute for Astrophysics di Garching che ha guidato gli sforzi di imaging del team durante il suo periodo al MPE. Notevolmente, hanno trovato una stella, chiamata S300, che non era stata vista in precedenza, mostrando quanto sia potente questo metodo quando si tratta di individuare oggetti molto deboli vicino a Sagittarius A.

Questa animazione mostra le orbite delle stelle S29 e S55 mentre si avvicinano a Sgr A (al centro), il buco nero supermassiccio nel cuore della Via Lattea. Mentre seguiamo le stelle nelle loro orbite, vediamo immagini reali della regione ottenute con lo strumento GRAVITY sul Very Large Telescope Interferometer (VLTI) dell’ESO in marzo, maggio, giugno e luglio 2021. Oltre a S29 e S55, le immagini mostrano anche due stelle più deboli, S62 e S300, quest’ultima scoperta solo dopo queste nuove osservazioni VLTI.

Con le loro ultime osservazioni, condotte tra marzo e luglio 2021, il team si è concentrato a fare misure precise delle stelle mentre si avvicinavano al buco nero. Questo include la stella detentrice del record S29, che si è avvicinata al buco nero alla fine di maggio 2021. L’ha passato a una distanza di soli 13 miliardi di chilometri, circa 90 volte la distanza Terra-Sole, alla straordinaria velocità di 8740 chilometri al secondo. Nessun’altra stella è mai stata osservata passare così vicino o viaggiare così velocemente intorno al buco nero.

Le misure e le immagini del team sono state rese possibili grazie a GRAVITY, uno strumento unico che la collaborazione ha sviluppato per il VLTI dell’ESO, situato in Cile. GRAVITY combina la luce di tutti e quattro i telescopi da 8,2 metri del Very Large Telescope (VLT) dell’ESO utilizzando una tecnica chiamata interferometria. Questa tecnica è complessa, “ma alla fine si arriva a immagini 20 volte più nitide di quelle dei singoli telescopi VLT da soli, rivelando i segreti del centro galattico“, dice Frank Eisenhauer del MPE, ricercatore principale di GRAVITY.

Seguire le stelle su orbite ravvicinate intorno a Sagittarius A ci permette di sondare con precisione il campo gravitazionale intorno al buco nero massiccio più vicino alla Terra, di testare la Relatività Generale e di determinare le proprietà del buco nero“, spiega Genzel. Le nuove osservazioni, combinate con i dati precedenti del team, confermano che le stelle seguono percorsi esattamente come previsto dalla relatività generale per oggetti che si muovono intorno a un buco nero di massa 4,30 milioni di volte quella del sole. Questa è la stima più precisa della massa del buco nero centrale della Via Lattea fino ad oggi.

I ricercatori sono anche riusciti a mettere a punto la distanza di Sagittarius A, trovandolo a 27.000 anni luce da noi.

Per ottenere le nuove immagini, gli astronomi hanno usato una tecnica di apprendimento automatico chiamata teoria del campo informativo. Hanno creato un modello di come potrebbero apparire le fonti reali, hanno simulato come GRAVITY le avrebbe viste e hanno confrontato questa simulazione con le osservazioni di GRAVITY. Questo ha permesso loro di trovare e tracciare le stelle intorno a Sagittarius A con una profondità e una precisione senza precedenti. Oltre alle osservazioni di GRAVITY, il team ha utilizzato anche i dati di NACO e SINFONI, due ex strumenti del VLT, così come le misurazioni dell’Osservatorio Keck e dell’Osservatorio Gemini del NOIRLab negli Stati Uniti.

GRAVITY sarà aggiornato alla fine di questo decennio a GRAVITY+, che sarà anche installato sul VLTI dell’ESO e spingerà la sensibilità ulteriormente per rivelare le stelle più deboli ancora più vicine al buco nero. Il team mira infine a trovare stelle così vicine che le loro orbite risentirebbero degli effetti gravitazionali causati dalla rotazione del buco nero. Il prossimo Extremely Large Telescope (ELT) dell’ESO, in costruzione nel deserto cileno di Atacama, permetterà al team di misurare la velocità di queste stelle con grande precisione.

Con il GRAVITY+ e la potenza dell’ELT combinati, saremo in grado di scoprire quanto velocemente gira il buco nero“, dice Eisenhauer. “Nessuno è stato in grado di farlo finora“.


Maggiori informazioni:

R. Abuter et al, “Mass distribution in the Galactic Center based on interferometric astrometry of multiple stellar orbits”, Astronomy & Astrophysics (2021).

R. Abuter et al, “Deep images of the Galactic center with GRAVITY”, Astronomy & Astrophysics (2021).

Fonte