Астрономы знали, что в течение некоторого времени одна звезда вращалась достаточно близко к черной дыре в центре нашей галактики. Астроном Андреа Гез из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе говорит, что способность наблюдать эти две звезды в коротком периодическом «танго» вокруг черной дыры поможет ученому измерить эффекты искривления пространства-времени, и они должны быть в состоянии определить, был ли Альберт Эйнштейн прав в его предсказание о том, как черные дыры могут деформировать пространство и время.
«Мне очень приятно найти две звезды, которые вращаются вокруг сверхмассивной черной дыры нашей галактики гораздо меньше, чем при жизни человека», - сказал Гез. «Именно танго [этих звезд] впервые откроет истинную геометрию пространства и времени около черной дыры. Это измерение не может быть сделано с одной звездой ».
Почти 3000 звезд находятся на орбите несколько близко к черной дыре, и большинство из них имеют орбиты 60 или более лет.
Ранее известная близкая звезда, S0-2, вращается вокруг черной дыры каждые 15,5 лет. И теперь, недавно найденная звезда, названная S0-102, вращается вокруг черной дыры в сверкающих 11,5 лет, самой короткой известной орбите любой звезды около этой черной дыры.
Реконструкция орбит двух звезд - S0-2 и S0-102 - около черной дыры в центре Млечного Пути. (Орбиты других звезд также изображены более тусклыми линиями.) Фон - это настоящее инфракрасное изображение региона с высоким разрешением. Предоставлено: Андреа Гез и др ./UCLA/Keck
Так же, как планеты вращаются вокруг Солнца, S0-102 и S0-2 находятся на эллиптической орбите вокруг центральной черной дыры. Гез сказал, что движение планет в нашей солнечной системе было окончательным испытанием для гравитационной теории Ньютона 300 лет назад, и теперь движение S0-102 и S0-2 будет окончательным испытанием для теории общей теории относительности Эйнштейна, которая описывает гравитацию как следствие искривления пространства и времени.
«Захватывающая возможность видеть, как звезды проходят свою полную орбиту, состоит не только в том, что вы можете доказать, что черная дыра существует, но у вас есть первая возможность проверить фундаментальную физику, используя движения этих звезд», - сказал Гез. «Показ того, что он вращается в эллипсе, дает массу сверхмассивной черной дыры, но если мы сможем улучшить точность измерений, мы сможем увидеть отклонения от идеального эллипса, который является признаком общей теории относительности».
По мере приближения звезд к их ближайшему приближению, их движение будет зависеть от искривления пространства-времени, и свет, идущий от звезд к нам, будет искажен, сказал Гез.
S0-2, который в 15 раз ярче S0-102, в 2018 году приблизится к черной дыре ближе всего. S0-102 приблизится к 2021 году, поэтому команда будет следить за этими звездами, поскольку они - сказал Гез, - соблазняюще близко, но недостаточно близко, чтобы засосать.
Гез и ее коллеги наблюдают S0-2 с 1995 года. В 2000 году она и ее команда впервые сообщили, что астрономы видели, как звезды ускоряются вокруг сверхмассивной черной дыры. Их исследование показало, что три звезды ускорялись более чем на 250 000 миль в час в год, когда они вращались вокруг черной дыры. По словам Геза, скорость S0-102 и S0-2 также должна увеличиться более чем на 250 000 миль в час при ближайшем подходе.
«Тот факт, что мы можем найти звезды, которые находятся так близко к черной дыре, феноменален», - сказал Гез. «Теперь это совершенно новая игра в мяч, с точки зрения видов экспериментов, которые мы можем сделать, чтобы понять, как черные дыры растут со временем, роль сверхмассивных черных дыр играют в центре галактик, и является ли теория общей теории относительности Эйнштейна действительной вблизи черная дыра, где эта теория никогда не проверялась раньше. Теперь очень интересно иметь возможность открыть это окно ».
Исследование проводилось с использованием телескопов Keck. Статья команды была опубликована 5 октября в журнале Science.
Источник: УКЛА
Заголовок ведущего изображения: телескопы Keck I и Keck II фокусируются на двух звездах, вращающихся вокруг черной дыры Млечного Пути. Фоновая фотография предоставлена Даном Бирчаллом и телескопом Subaru на Мауна-Кеа, Гавайи. Наложение, созданное профессором Андреа Гез и ее исследовательской группой в Калифорнийском университете, основано на наборах данных, полученных с помощью телескопов В. М. Кека.
