Многие альтернативные теории гравитации были придуманы в ванной, в ожидании автобуса - или, может быть, за легкий напиток или два. В наши дни можно опровергнуть (или иным образом) вашу собственную теорию домашних животных, предсказав на бумаге, что должно случиться с объектом, который находится вблизи орбиты черной дыры, и затем проверить эти прогнозы на соответствие наблюдениям S2 и, возможно, других звезд, которые находятся вокруг нашей орбиты. Центральная сверхмассивная черная дыра галактики - считается, что она находится у радиоисточника Стрельца А *.
S2, яркая звезда спектрального класса B, наблюдается с 1995 года, и за это время она прошла над одной орбитой черной дыры, учитывая, что ее орбитальный период составляет менее 16 лет. Ожидается, что орбитальная динамика S2 будет отличаться от прогнозируемой Кеплером 3й закон и закон тяготения Ньютона, на величину, которая на три порядка больше аномальной величины, наблюдаемой на орбите Меркурия. Как в случае Меркурия, так и в случае S2 эти явно аномальные эффекты предсказываются теорией общей теории относительности Эйнштейна в результате искривления пространства-времени, вызванного находящимся поблизости массивным объектом - Солнцем в случае Меркурия и черной дырой в случае S2.
S2 движется с орбитальной скоростью около 5000 километров в секунду, что составляет почти 2% от скорости света. Считается, что в периапсисе (ближайшей точке) его орбиты он находится в пределах 5 миллиардов километров от радиуса Шварцшильда сверхмассивной черной дыры, являясь границей, за которой свет больше не может выходить - и точкой, которую мы можем расценить как поверхность черной дыры. Радиус Шварцшильда сверхмассивной черной дыры примерно равен расстоянию от Солнца до орбиты Меркурия, а при периапсисе S2 находится примерно на таком же расстоянии от черной дыры, как Плутон от Солнца.
Сверхмассивная черная дыра, по оценкам, имеет массу около четырех миллионов солнечных масс, что означает, что она могла обедать на нескольких миллионах звезд с момента своего образования в ранней Вселенной, и это означает, что S2 удается только удержаться за существование благодаря своей огромной массе. орбитальная скорость - которая заставляет ее падать, а не падать в черную дыру. Для сравнения, Плутон остается на орбите вокруг Солнца, поддерживая неторопливую орбитальную скорость почти 5 километров в секунду.
Подробный набор данных по астрометрическому положению S2 (прямое восхождение и склонение) изменяется со временем - и оттуда его лучевая скорость, рассчитанная в различных точках его орбиты, дает возможность проверить теоретические прогнозы по наблюдениям.
Например, с помощью этих данных можно отслеживать различные не кеплеровские и неньютоновские особенности орбиты S2, в том числе:
- эффекты общей теории относительности (из внешней системы отсчета, часы замедляются и длины сокращаются в более сильных гравитационных полях). Эти особенности ожидаются от орбиты классической черной дыры Шварцшильда;
- момент квадрупольной массы (способ учета того факта, что гравитационное поле небесного тела может быть не совсем сферическим из-за его вращения). Это дополнительные характеристики, ожидаемые от вращения вокруг черной дыры Керра - то есть черная дыра со спином; а также
- темная материя (обычная физика предполагает, что галактика должна разлетаться на части, учитывая скорость, с которой она вращается - что приводит к заключению, что присутствует больше массы, чем кажется на первый взгляд)
Но, эй, это только один из способов интерпретации данных. Если вы хотите опробовать некоторые альтернативные теории, такие как, например, Теория космических струн в океане, то это ваш шанс.
Дальнейшее чтение: Иорио, Л. (2010) Долгосрочные классические и общие релятивистские воздействия на лучевые скорости звезд, вращающихся вокруг Sgr A *.
