Зірка обертається навколо чорної діри Чумацького Шляху і рухається саме так, як передбачив Ейнштейн
У центрі нашої галактики, приблизно за 26 000 світлових років від Землі, знаходиться надмасивна чорна діра (SMBH), відома як Стрілець A* . Потужна гравітація цього об'єкта і щільне зоряне скупчення навколо нього створюють астрономам унікальне середовище для перевірки фізики в найекстремальніших умовах. Зокрема, це дає їм можливість перевірити Загальна теорія відносності Ейнштейна (NS).
Наприклад, протягом останніх тридцяти років астрономи спостерігали за зіркою поблизу Стрільця A* (S2), щоб перевірити, чи відповідає її орбіта тому, що передбачає Загальна теорія відносності. Нещодавні спостереження, зроблені за допомогою дуже великого телескопа ESO (VLT), завершили кампанію спостережень, яка підтвердила, що орбіта зірки є у формі розетки , в черговий раз доводячи, що теорія Ейнштейна вірна на гроші!
Нещодавно в журналі з’явилося дослідження, яке описує висновки міжнародної команди Астрономія та астрофізика . Відповідальна команда складалася з членів GRAVITY Collaboration, до якої входять дослідники з Європейської південної обсерваторії (ESO), Інститут позаземної фізики Макса Планка (MPE), Інститут астрономії Макса Планка (MPA), CERN та декілька інститутів та університетів.
Щоб розібрати його, Загальна теорія відносності стверджує, що кривизна простору-часу змінюється в присутності масивного об’єкта. Коли Ейнштейн формалізував цю теорію до 1915 року, вона пояснила ряд речей, не останньою з яких була дивна орбіта Меркурія. На початку 20 століття астрономи помітили, що перигелій Меркурія піддається прецесії, тобто обертається з часом.
Більшість зірок і планет мають еліптичні орбіти, що означає, що їх відстань до об’єкта, навколо якого вони обертаються, змінюється. Але в разі прецесії найближча точка їх орбіти (перигелій) обертається навколо самого об’єкта. Це відоме як прецесія Шварцшильда, яка (при візуалізації) виглядає як розетка замість еліпса, причому кожна окрема орбіта нагадує пелюстку квітки.
Як пояснив Рейнхард Гензель, директор MPE та архітектор майже 30-річної програми, яка привела до цього результату, у нещодавньому ESO прес-реліз :
'Загальна теорія відносності Ейнштейна передбачає, що зв’язані орбіти одного об’єкта навколо іншого не замкнені, як у ньютонівській гравітації, а протікають вперед у площині руху. Цей знаменитий ефект — вперше помічений на орбіті планети Меркурій навколо Сонця — був першим доказом на користь загальної теорії відносності. Через сто років ми виявили той самий ефект у русі зірки, що обертається навколо компактного радіоджерела Стрілець A* в центрі Чумацького Шляху. Цей прорив у спостереженнях підсилює докази того, що Стрілець A* має бути надмасивною чорною дірою, маса якої в 4 мільйони разів перевищує масу Сонця».
Цей відбиток художника показує шлях зірки S2, коли вона проходить дуже близько до надмасивної чорної діри в центрі Чумацького Шляху. Авторство: ESO/M. Корнмессер
У випадку S2, його орбіта переносить його з відстані менше 20 мільярдів км (12,4 мільярда миль), або в сто двадцять разів більше відстані між Сонцем і Землею, що робить її однією з найближчих зірок, коли-небудь знайдених на орбіті. навколо Стрільця A*. На найближчому наближенні S2 мчить у просторі майже 3% від швидкості світла , виходячи на орбіту раз на 16 років. Через цю довгу орбіту довелося спостерігати за зіркою майже тридцять років.
Таким чином, GRAVITY Collaboration змогла вперше побачити прецесію Шварцшильда навколо SMBH. Штефан Гілессен, дослідник MPE, який проводив аналіз вимірювань команди, сказав: «Після того, як слідкували за зіркою на її орбіті понад два з половиною десятиліття, наші вишукані вимірювання надійно виявляють прецесію Шварцшильда S2 на її шляху навколо Стрільця A*».
Ці результати підтверджують загальну теорію відносності, яка точно передбачає, наскільки орбіта S2 повинна змінюватися з часом. Дослідження за допомогою VLT також є благом для астрономів, оскільки воно дозволяє їм дізнатися більше про те, що відбувається поблизу Стрільця A*, що може пролити світло на еволюцію нашої галактики та інші космологічні таємниці. Сказав Гі Перрен і Карін Перро, французькі провідні вчені проекту:
'Оскільки вимірювання S2 так добре відповідають загальній теорії відносності, ми можемо встановити жорсткі обмеження щодо кількості невидимого матеріалу, такого як розподілена темна матерія або можливі менші чорні діри, присутній навколо Стрільця A*. Це представляє великий інтерес для розуміння утворення та еволюції надмасивних чорних дір'.
Ці висновки є результатом 27-річних спостережень за S2, який (більшу частину цього часу) покладався на парк приладів у VLT ESO. До них належали ГРАВІТАЦІЯ , Спектрограф для інтегральних польових спостережень у ближньому інфрачервоному діапазоні (SINFONI), і Адаптивна оптична система Nasmyth (NAOS) – тепловізійний пристрій і спектрограф ближнього інфрачервоного випромінювання (NACO), яка разом здійснила понад 330 вимірювань положення та швидкості зірки.
На честь названа співпраця GRAVITY інструмент вони розроблені для інтерферометра VLT, який поєднує світло всіх чотирьох 8-метрових (26,25 футів) телескопів VLT в супертелескоп з роздільною здатністю, еквівалентною 130-метровому (426,5 футів) телескопу. Ця ж команда відповідала за дослідження 2018 року, яке підтвердило загальну теорію відносності, показавши, як світло від S2 було розтягнуто до більших довжин хвиль при проходженні близько до Стрільця A*.
Заглядаючи наперед, команда вважає, що вони зможуть побачити набагато слабкіші зірки, що обертаються навколо Стрільця A*, за допомогою надзвичайно великого телескопа (ELT). Андреас Екарт, дослідник з Кельнського університету і один із провідних вчених проекту, вважає, що вони зможуть виміряти оберт і масу Стрільця A*, таким чином характеризуючи його та визначаючи природу простору-часу навколо нього.
«Якщо нам пощастить, ми можемо зняти зірки досить близько, щоб вони дійсно відчули обертання, обертання чорної діри», — сказав він. сказав . «Це знову був би зовсім інший рівень перевірки відносності».
Подальше читання: ЦЕ , Астрономія та астрофізика