Після спостереження протягом майже 30 років за рухом зірки S2, яка обертається навколо надмасивної чорної діри в центрі нашої галактики, астрономи підтвердили, що вона рухається, як передбачалося загальною теорією відносності Ейнштейна. Його орбіта має форму розетки, а не еліпса, як говорила теорія гравітації Ньютона.

рацію

Теорія загальної теорії відносності Ейнштейна передбачає, що пов'язані орбіти одного об'єкта навколо іншого не закриті, як у ньютонівській гравітації, а мають а прецесійний рух (зміна орієнтації осі обертання тіла, що обертається) вперед у площині руху.

Цей знаменитий ефект, вперше побачений на орбіті планети Меркурій навколо Сонця, був першим свідченням на користь загальної теорії відносності. Через сто років астрономам вдалося виявити той самий ефект на рух зірки, яка обертається навколо компактний радіо шрифт Стрілець A *, в центрі Чумацького Шляху.

Це спостереження посилює докази того, що Стрілець A * повинен бути a надмасивна чорна діра у чотири мільйони разів перевищує масу Сонця.

Розташований за 26000 світлових років від Сонця, Стрілець A * і щільне зоряне скупчення навколо нього забезпечують унікальну лабораторію для випробувань фізики в екстремальному і незвіданому режимі гравітації. Одна з цих зірок, S2, прямує до надмасивної чорної діри з відстані менше 20 мільярдів кілометрів (в 120 разів більше відстані між Сонцем і Землею), що робить її однією з найближчих, коли-небудь знайдених на орбіті навколо масивного гіганта.

Найближче до чорної діри зірка S2 проходить космос майже на три відсотки швидкості світла, здійснюючи орбіту раз на 16 років.

Слідуючи зірці по її орбіті більше двох з половиною десятиліть, вишукані вимірювання надійно виявляють прецесію Шварцшильда S2 на шляху навколо Стрільця A *; вони були опубліковані в журналі Астрономія та астрофізика.

Більшість зірок і планет мають некругову орбіту і тому рухаються ближче до об'єкта, навколо якого вони обертаються, і подалі. Орбіта S2 оброблена, це означає, що розташування її найближчої точки до надмасивної чорної діри змінюється з кожним спіном, так що наступна орбіта обертається відносно попередньої, створюючи форму розетки.

Прецесія Шварцшильда

Загальна теорія відносності забезпечує точний прогноз того, наскільки змінюється її орбіта, і останні вимірювання цього дослідження точно відповідають теорії. Цей ефект відомий як Прецесія Шварцшильда і ніколи раніше не вимірювався на зірці навколо надмасивної чорної діри.

Дослідження, проведене з Телескоп VLT з Європейська південна обсерваторія (ESO), також допомагає вченим дізнатись більше про оточення надмасивної чорної діри в центрі нашої галактики.

Оскільки вимірювання S2 так добре відповідають загальній теорії відносності, навколо Стрільця A * можна встановити суворі обмеження кількості невидимого матеріалу (наприклад, розподіленої темної речовини або можливих менших чорних дір). Це дуже цікаво зрозуміти утворення та еволюцію надмасивних чорних дір.

Цей результат є кульмінацією 27 років спостережень за зіркою S2 з використанням більшої частини цього часу парку приладів, встановлених в VLT, розташованому в пустелі Атакама, в Чилі.

Кількість точок даних, що позначають положення та швидкість зірки, свідчить про ретельність і точність цього нового дослідження. Насправді команда провела понад 330 вимірювань за допомогою приладів GRAVITY, SINFONI та NACO.

З огляду на те, що на орбіту надмасивної чорної діри потрібно S2 роки, було надзвичайно важливо стежити за зіркою протягом майже трьох десятиліть, щоб розкрити складності її орбітального руху.

Проект GRAVITY

Дослідження проводила міжнародна група на чолі з Френк Айзенхауер, MPE, за участю співробітників з Франції, Португалії, Німеччини та ESO. Команда складає Співпраця GRAVITY, названий на честь приладу, який вони розробили для інтерферометра VLT, який поєднує світло від чотирьох 8-метрових телескопів VLT, утворюючи супертелескоп (з роздільною здатністю, еквівалентною телескопу діаметром 130 метрів).

У 2018 році та ж команда представила ще один ефект, передбачений загальною теорією відносності: вони побачили, як світло, отримане від S2, поширюється на довші довжини хвиль, коли зірка проходить близько до Стрільця A *. Попередній результат показав, що світло, яке випромінює зірка, відчуває загальну теорію відносності, і тепер, коли сама зірка зазнає наслідків цієї теорії відносності.

Завдяки майбутньому телескопу ESO, Надзвичайно великий телескоп, команда вірить, що вони змогли б побачити багато слабкіших зірок, що крутяться навколо ще ближче до надмасивної чорної діри.

Це означало б, що астрономи змогли б виміряти дві величини, спін і масу, що характеризують Стрільця А * і визначити простір і час навколо нього. Знову це був би зовсім інший рівень для перевірки теорії відносності.