Первый удачный тест общей теории относительности около сверхмассивной чёрной дыры

Наблюдения, проведённые с помощью Очень Большого Телескопа (VLT) Европейской Южной Обсерватории в Чили, впервые показали эффекты, предсказанные общей теорией относительности Эйнштейна, на движении звезды сквозь экстремальную гравитацию около сверхмассивной чёрной дыры в центре Млечного пути. Этот давно разыскиваемый результат является кульминацией работы, которая проводится вот уже 26 лет.

Самая близкая к нам суперкрупная чёрная дыра расположена на расстоянии 26000 световых лет от Земли в центре нашей Галактики. Но она закрыта от нас густыми облаками пыли, поглощающими излучение. Эта чёрная дыра — настоящий гравитационной монстр, её масса больше Солнца в четыре миллиона раз, она окружена небольшой группой звёзд, движущихся вокруг неё на очень большой скорости. Эта экстремальная среда, то есть область самого сильного поля тяготения в нашей галактике, является самым совершенным местом для исследования гравитационной физики, в частности, здесь можно проверить постулаты общей теории относительности Эйнштейна.

Представление художника о том, как звезда S2 движется вокруг чёрной дыры в центре нашего Млечного пути. Источник: ESO/M. Kornmesser

Новые инфракрасные наблюдения, которые проводились с помощью сверхчувствительных приборов GRAVITY, SINFONI и NACO на телескопе VLT, наконец-то позволили астрономам в точности следовать за одной из этих звёзд, названной S2, поскольку она прошла очень близко к чёрной дыре в мае 2018 года. Тогда самое минимальное расстояние от звезды до чёрной дыры составляло менее двадцати миллиардов километров, а перемещалась эта звезда на скорости более двадцати пяти миллионов километров в час — почти три процента от скорости света.

Звезда S2 делает оборот вокруг нашей чёрной дыры каждые 16 лет, причём, её орбита обладает большим эксцентриситетом. Именно из-за этого минимальное расстояние от неё до чёрной дыры составляет примерно 120 расстояний от Земли до Солнца, или приблизительно четыре расстояния от Солнца от Нептуна. Это расстояние примерно соответствует 1500 радиусам Шварцшильда.

Учёные сравнили позицию и измерения скорости от приборов GRAVITY и SINFONI вместе с предыдущими наблюдениями за звездой S2 от других приборов с предсказаниями теории всемирного тяготения Ньютона. Оказалось, так, что новые результаты вступают в противоречие с предсказаниями Ньютона и находятся в превосходном соответствии с предсказаниями общей теории относительности. Этот результат является кульминацией 26-летних наблюдений за центром Млечного пути, используя инструменты Европейской Южной Обсерватории. Эти наблюдения за центром Млечного пути должны были проводить на более длинных волнах по сравнению с видимым диапазоном (в данном случае на инфракрасных), поскольку облака пыли между Землёй и центральной областью Галактики сильно поглощают видимый свет.

«Это второй раз, когда нам удалось наблюдать близкое прохождение звезды S2 вокруг чёрной дыры вокруг центра нашей Галактики. Но теперь, благодаря улучшенным приборам, мы смогли наблюдать эту звезду в беспрецедентном разрешении. В течение последних нескольких лет мы тщательно готовились к этому событию, поскольку хотели максимально эффективно использовать эту уникальную возможность наблюдать релятивистские эффекты общей теории относительности».

Новые измерения ясно указывают на присутствие эффекта, который называют гравитационным красным смещением, при котором свет от звезды переходит в область более длинных волн именно из-за сильного поля тяготения чёрной дыры. Именно это изменение длины волны света от звезды S2 точно согласуется с предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна. Это наблюдение — первое, когда отклонение от предсказанной более простой ньютоновской теории наблюдалось при движении звезды вокруг сверхмассивной чёрной дыры.

Команда учёных использовала прибор SINFONI для того, чтобы измерить скорость звезды S2 по направлению к нам и от нас, а прибор GRAVITY на интерферометре VLTI провёл чрезвычайно точные измерения изменений позиции этой звезды, чтобы определить форму её орбиты. Этот прибор способен создавать такие чёткие образы, что может отследить движение звезды из ночи в ночь, когда она проходит близко к чёрной дыре, расположившейся от Земли на расстоянии всего лишь 26000 световых лет.

«Наши первые наблюдения за звездой S2 с прибором GRAVITY, проведённые примерно два года назад, уже показали, что у нас появилась идеальная лаборатория в виде чёрной дыры. Во время самого близкого прохода звезды мы смогли обнаружить даже слабое свечение вокруг чёрной дыры на большинстве изображений, что позволило нам точно следовать за звездой по её орбите. Именно это и привело, в конечном счёте, к обнаружению гравитационного красного смещения в спектре S2».

Спустя более ста лет после того, как Эйнштейн опубликовал свою работу, излагающую уравнения общей теории относительности, учёным удалось доказать его правоту ещё раз — в намного более экстремальной лаборатории, чем все те, которые можно создать на Земле и даже вообразить.

«Здесь, в Солнечной системе, мы можем проверить законы физики именно в настоящий момент, да и то при определённых обстоятельствах. Таким образом, в астрономии очень важно проверить, что эти законы всё ещё действуют, особенно там, где поля тяготения намного более сильны», — Франсуаз Дельпланк, глава Отдела разработки систем Европейской Южной Обсерватории.

Очень скоро такие продолжительные наблюдению покажут и другой релятивистский эффект — прецессию Шварцшильда. Она будет проявляться по мере того, как звезда S2 будет отходить всё дальше и дальше от чёрной дыры.

По информации Европейской Южной Обсерватории.

0

Автор публикации

не в сети 5 месяцев

Максим Коваленко

0
Комментарии: 0Публикации: 148Регистрация: 22-03-2018

Читайте также:

Добавить комментарий

Войти с помощью: 

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Авторизация
*
*
Войти с помощью: 
Регистрация
*
*
*
Войти с помощью: 
Генерация пароля