Впервые в истории исследователи наблюдали звездную гонку за сверхмассивной черной дырой в центре Млечного пути, проверяя, что ее движение демонстрирует эффекты общей теории относительности, как и предсказывал Альберт Эйнштейн.
Звезды Млечного Пути вращаются вокруг гигантской черной дыры, называемой Стрелец A *, которая, как правило, тиха, если смотреть с Земли, за исключением разрыва случайного объекта, который рискует подойти слишком близко. Масса черной дыры в 4 миллиона раз превышает массу Солнца, и она обладает сильнейшим гравитационным полем нашей галактики, что делает ее - и небольшую группу звезд, вращающихся вокруг нее на высокой скорости - идеальным полигоном для экстремальных эффектов, предсказанных теорией Эйнштейна о общая теория относительности.
В течение 26 лет исследователи наблюдали центр Млечного Пути, используя приборы из Европейской Южной Обсерватории (ESO). «Галактический центр был нашей лабораторией для проверки гравитации», - сказала Одель Штрауб, астрофизик Парижской обсерватории и соавтор нового исследования, на пресс-конференции ESO 26 июля. [Теория относительности Эйнштейна объяснена (инфографика)]
Астрономы использовали новые инфракрасные наблюдения от приборов GRAVITY, SINFONI и NACO на Очень Большом Телескопе ESO в Чили, чтобы проследить за звездой, известной как S2, которая является частью группы быстро движущихся звезд, вращающихся вокруг сверхмассивной черной дыры, расположенной в 26 000 источников света. лет с Земли.
В мае 2018 года эти астрономы стали свидетелями прохождения S2 очень близко к этой черной дыре. В то время S2 двигался очень быстро - 15,5 миллиона миль в час (25 миллионов км / ч). Сравнивая измерения положения и скорости, сделанные GRAVITY и SINFONI, и предыдущие измерения S2, команда обнаружила, что искривленный свет от звезды согласуется с предсказаниями, основанными на описании общей теории относительности того, как гравитация изгибает пространство-время.
Представители ESO заявили, что измерения S2 четко показывают эффект, известный как красное смещение.
«Redshift рассказывает нам, как гравитация влияет на фотоны, когда они путешествуют по вселенной», - Андреа Миа Гез, астроном и профессор кафедры физики и астрономии в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, которая не участвовала в этом исследовании., рассказал Space.com.
Согласно утверждению, гравитационное поле сверхмассивной черной дыры растягивает свет, покидающий S2, и изменение длины волны света от S2 совпадает с тем, что предсказано теорией Эйнштейна.
Новые измерения и результаты не согласуются с тем, что было бы предсказано более простой ньютоновской теорией гравитации, заявили исследователи на пресс-конференции. Фрэнк Эйзенгауэр, старший научный сотрудник Института внеземной физики Макса Планка и главный исследователь GRAVITY и спектрограф SINFONI, продемонстрировал яркий график, подчеркивающий это расхождение, на пресс-конференции ESO, читая «Ньютон Эйнштейна 1: 0», вызывая ура от зрительская аудитория.
Исследователи отмечают, что впервые такое отклонение от ньютоновской теории гравитации наблюдается в звезде вокруг сверхмассивной черной дыры, хотя во второй раз они наблюдали S2 вокруг черной дыры; они отслеживают систему более двух десятилетий. В прошлый раз, 16 лет назад, разрешение измерений было недостаточно хорошим, чтобы уловить эффекты относительности.
Как люди на Земле, мы падаем, мы падаем, и мы не уплываем с планеты в космос; с повседневной точки зрения мы хорошо понимаем гравитацию. Однако из различных законов физики «гравитация наименее проверена, хотя [это] тот, который мы лучше всего понимаем из человеческого существования», сказал Гез. Это новое исследование помогает укрепить наше понимание гравитации в более широком масштабе.
«Понимание этого закона очень важно», - сказал Гез. Даже если вы не правы или работаете с неправильным пониманием гравитации - даже в небольшом масштабе - эти ошибки могли накопиться в большем масштабе, добавила она.
Эта работа показывает, как гравитация действует вблизи сверхмассивной черной дыры, таким образом улучшая понимание учеными силы и ее эффектов, сказали исследователи. «Здесь, в Солнечной системе, мы можем проверять законы физики только сейчас и при определенных обстоятельствах», - заявил в заявлении Франсуаза Дельпланке, руководитель отдела системотехники в ESO и соавтор нового исследования. «Поэтому в астрономии очень важно также проверить, что эти законы все еще действуют там, где гравитационные поля намного сильнее».
По словам исследователей, астрономы продолжат наблюдать и изучать S2 и надеются вскоре показать влияние общей теории относительности на небольшое вращение орбиты звезды, когда она уходит от сверхмассивной черной дыры.
Результаты нового исследования были опубликованы онлайн (26 июля) в журнале Astronomy & Astrophysics.
