Astronomowie dokonali ekstremalnego testu teorii Alberta Einsteina

Naukowcy korzystający z teleskopów ESO przeprowadzili testy ogólnej teorii względności w bliskim otoczeniu supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej, obserwując ruch gwiazdy, która w maju przeszła bardzo blisko czarnej dziury.

Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) ogłosiło dzisiaj wyniki obserwacji ruchu gwiazdy S2 podczas jej zbliżenia do supermasywnej czarnej dziury. Jest to zwieńczenie trwających 26 lat badań bliskich okolic centrum Drogi Mlecznej.

Jest to ważny test dla Ogólnej Teorii Względności. Jak podkreśla Françoise Delplancke, kierująca System Engineering Department w ESO, w Układzie Słonecznym możemy testować prawa fizyki w określonych warunkach, ale w astronomii jest bardzo ważne, aby sprawdzić, czy te prawa działają także, gdy pola grawitacyjne są znacznie silniejsze.

W centrum Drogi Mlecznej znajduje się supermasywna czarna dziura o masie około 4 milionów mas Słońca. Wokół niej krąży grupa gwiazd, której ruch astronomowie śledzą od 26 lat przy pomocy różnych teleskopów Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO), a w szczególności interferometru VLTI.

W artystyczny sposób przedstawiono na rysunku trajektorię gwiazdy S2 w momencie, gdy przechodziła bardzo blisko supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej. Gdy zbliżała się do czarnej dziury, bardzo silne pole grawitacyjne powodowało, że kolor gwiazdy przesuwał się w stronę czerwonego, co jest efektem znanym z ogólnej teorii względności Einsteina. Na rysunku zmiana barwy oraz rozmiary obiektów zostały powiększone, aby zachować czytelność. Źródło: ESO/M. Kornmesser.

Najnowsze obserwacje dotyczą gwiazdy oznaczonej jako S2, która krąży po mocno eliptycznej orbicie wokół supermasywnej czarnej dziury z okresem obiegu 16 lat. W maju 2018 r. gwiazda S2 przeszła bardzo blisko czarnej dziury, a astronomowie byli w stanie śledzić noc po nocy zmiany pozycji gwiazdy. Dystans był mniejszy niż20 miliardów kilometrów, co odpowiada 120 jednostkom astronomicznym (jednostka astronomiczna to odległość Ziemia-Słońce), albo 1500 promieniom Schwarzschilda czarnej dziury. Prędkość gwiazdy przekraczała 25 milionów kilometrów na godzinę, czyli prawie 3% prędkości światła.

Pomiary były prowadzone instrumentami GRAVITY, SINFONI i NACO działającymi na Bardzo Dużym Teleskopie (VLT) w Obserwatorium Paranal w Chile. Międzynarodowym zespołem badawczym kierował Reinhard Genzel z Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) w Garching (Niemcy).

Dzienny ruch gwiazdy S2 obserwowany przez GRAVITY. Źródło: ESO/MPE/GRAVITY Collaboration.

Naukowcy dokonali porównania pomiarów zmierzonych pozycji i prędkości gwiazd z przewidywaniami różnych teorii opisujących grawitację: teorii newtonowskiej, ogólnej teorii względności oraz alternatywnych teorii grawitacji. Wyniki obserwacji są niezgodne z teorią newtonowską, a najlepiej pasują do teorii względności.

W szczególności udało się zaobserwować efekt poczerwienienia grawitacyjnego, przewidywany przez ogólną teorię względności. Polega on na rozciągnięciu światła w stronę kolor czerwonego (fal dłuższych) w silnym polu grawitacyjnym.

Badacze chcą kontynuować obserwacje i mają nadzieję na sprawdzenie jeszcze jednego efektu wynikającego z ogólnej teorii względności: niewielkiej rotacji orbity gwiazdy, co jest znane jako precesja Schwarzschilda.

Więcej informacji:

Pierwszy udany test Ogólnej Teorii Względności w pobliżu supermasywnej czarnej dziury

Źródło: ESO