Po raz pierwszy w historii badacze obserwowali wyścig gwiazdowy obok supermasywnej czarnej dziury w sercu Drogi Mlecznej, sprawdzając, czy jej ruch pokazuje skutki ogólnej teorii względności, zgodnie z przewidywaniami Alberta Einsteina.
Gwiazdy Drogi Mlecznej okrążają gigantyczną czarną dziurę o nazwie Strzelec A *, która jest zasadniczo cicha, patrząc z Ziemi, z wyjątkiem rozdzierania okazjonalnego obiektu, który zapuszcza się zbyt blisko. Masa czarnej dziury jest 4 miliony razy większa niż Słońce i wykazuje najsilniejsze pole grawitacyjne naszej galaktyki, co czyni ją - i małą grupę gwiazd krążących wokół niej z dużą prędkością - doskonałym poligonem doświadczalnym dla ekstremalnych efektów przewidywanych przez teorię Einsteina ogólna teoria względności.
Od 26 lat badacze obserwują centrum Drogi Mlecznej za pomocą instrumentów Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO). „Centrum galaktyczne było naszym laboratorium do testowania grawitacji” - powiedziała astrofizyk Odele Straub, obserwatorium paryskie i współautorka nowych badań, podczas konferencji prasowej ESO 26 lipca. [Wyjaśniona teoria względności Einsteina (Infografika)]
Astronomowie wykorzystali nowe obserwacje w podczerwieni z instrumentów GRAVITY, SINFONI i NACO na bardzo dużym teleskopie ESO w Chile, aby podążać za gwiazdą zwaną S2, która jest częścią grupy szybko poruszających się gwiazd krążących wokół supermasywnej czarnej dziury, zlokalizowanej 26 000 światła -lat z Ziemi.
W maju 2018 r. Astronomowie byli świadkami przejścia S2 bardzo blisko tej czarnej dziury. W tym czasie S2 poruszał się niezwykle szybko - 15,5 mil na godzinę (25 milionów km / h). Porównując pomiary położenia i prędkości wykonane przez GRAVITY i SINFONI oraz poprzednie pomiary wykonane przez S2, zespół stwierdził, że wypaczone światło gwiazdy jest zgodne z przewidywaniami opartymi na ogólnym opisie względności, w jaki sposób grawitacja wygina czasoprzestrzeń.
Pomiary S2 wyraźnie pokazują efekt znany jako przesunięcie ku czerwieni, twierdzą przedstawiciele ESO w oświadczeniu.
„Redshift mówi nam, w jaki sposób grawitacja wpływa na fotony podczas ich podróży przez wszechświat”, Andrea Mia Ghez, astronom i profesor na Wydziale Fizyki i Astronomii Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles, który nie był zaangażowany w te badania, powiedział Space.com.
Pole grawitacyjne supermasywnej czarnej dziury rozciągało światło opuszczające S2, a zmiana długości fali światła z S2 jest zgodna z tym, co przewiduje teoria Einsteina, zgodnie ze stwierdzeniem.
Nowe pomiary i wyniki nie zgadzają się z tym, co można by przewidzieć przez prostszą, newtonowską teorię grawitacji, stwierdzili naukowcy na konferencji prasowej. Frank Eisenhauer, starszy pracownik naukowy w Max Plank Institute for Extraterrestrial Physics i główny badacz GRAVITY i spektrografu SINFONI, pokazał żywy wykres podkreślający tę rozbieżność na konferencji prasowej ESO - czytając „Einstein 1: 0 Newton” - wywołując okrzyki z publiczność.
Naukowcy stwierdzili w oświadczeniu, że po raz pierwszy takie odchylenie od teorii grawitacji Newtona zaobserwowano w gwiazdach wokół supermasywnej czarnej dziury, chociaż po raz drugi zaobserwowali S2 wokół czarnej dziury; śledzą system od ponad dwóch dekad. Kiedy minęło 16 lat, rozdzielczość pomiarów nie była wystarczająco dobra, aby wychwycić efekty względności.
Jako istoty ludzkie na Ziemi upadamy, upuszczamy rzeczy i nie odpływamy z planety w kosmos; z codziennej perspektywy dość dobrze rozumiemy grawitację. Jednak, zgodnie z różnymi prawami fizyki, „grawitacja jest najmniej testowana, chociaż najlepiej rozumiemy ją z ludzkiej egzystencji” - powiedział Ghez. Nowe badania pomagają utrwalić nasze rozumienie grawitacji na większą skalę.
„Uregulowanie tego prawa jest bardzo ważne” - powiedział Ghez. Dodała, że nawet jeśli nie masz racji lub pracujesz z niewłaściwym rozumieniem grawitacji - nawet na małą skalę - te błędy mogły się kumulować na większą skalę.
Ta praca pokazuje, w jaki sposób grawitacja działa w pobliżu supermasywnej czarnej dziury, poprawiając w ten sposób zrozumienie siły i jej skutków przez naukowców. „Tutaj, w Układzie Słonecznym, możemy testować prawa fizyki tylko teraz i pod pewnymi warunkami” - powiedziała w oświadczeniu Françoise Delplancke, szef działu inżynierii systemów w ESO i współautorka nowych badań. „Dlatego w astronomii bardzo ważne jest sprawdzenie, czy te prawa są nadal aktualne tam, gdzie pola grawitacyjne są znacznie silniejsze”.
Naukowcy twierdzą, że astronomowie będą nadal obserwować i badać S2, mając nadzieję, że wkrótce pokażą ogólny efekt względności na niewielki obrót orbity gwiazdy, gdy odlatuje ona od supermasywnej czarnej dziury.
Wyniki nowych badań zostały opublikowane online dzisiaj (26 lipca) w czasopiśmie Astronomy & Astrophysics.
