Rezultatem analizy danych z 26 lat obserwacji astronomicznych było oficjalne potwierdzenie przewidywanej przez ogólną teorię względności specyfiki ruchu gwiazdy w silnym polu grawitacyjnym supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej. Jest to opisane w artykule w czasopiśmie naukowym Astronomy & Astrophysics.
Obiektem badań naukowców przez te wszystkie lata była gwiazda S2, znajdująca się obok supermasywnej czarnej dziury Sagittarius A *, znajdującej się w galaktycznym centrum Drogi Mlecznej. Czarna dziura ma masę cztery miliony mas Słońca i znajduje się 26 tysięcy lat świetlnych od Ziemi. Sama gwiazda S2, należąca do typu widmowego B, jest jedną z najlepiej zbadanych gwiazd należących do gromady S, grupy szybko poruszających się gwiazd odkrytych w 2002 roku.
„To dopiero drugie podejście między S2 a czarną dziurą, które udało nam się namierzyć. Z drugiej strony dokładność instrumentu znacznie się poprawiła w ciągu ostatnich dziesięciu lat, umożliwiając śledzenie tego spotkania w bardzo wysokiej rozdzielczości. Do tego wydarzenia starannie przygotowywaliśmy się przez kilka lat, ponieważ pozwala nam ono w praktyce przetestować specyfikę efektów relatywistycznych”- powiedział Reinhard Gentzel z Instytutu Fizyki Pozaziemskiej im. Maxa Plancka w Garching (Niemcy).
Czarną dziurę otacza kilkadziesiąt gwiazd i kilka dużych obłoków gazu, które okresowo zbliżają się do niej z niebezpiecznej odległości. Zgodnie z ogólną teorią względności Einsteina, te spotkania i związane z nimi efekty relatywistyczne będą miały szczególny wpływ na orbitę gwiazdy, przemieszczając jej perycentrum. Naukowcom udało się to potwierdzić w praktyce.
W 2003 roku gwiazda zbliżyła się do czarnej dziury na niebezpieczną odległość, co po raz pierwszy pozwoliło astrofizykom prześledzić, czy jej trajektoria zmieniła się pod wpływem grawitacji czarnej dziury. Kolejne zbliżenie gwiazdy ze Strzelcem A * nastąpiło dopiero w maju tego roku, do którego naukowcy przygotowywali się od bardzo dawna i starannie. Wydarzeniu towarzyszyło kilka czołowych teleskopów świata.
Hubble, VLT i inne główne obserwatoria Ziemi zaczęły prowadzić niemal stałe obserwacje S2 od kwietnia tego roku przy użyciu instrumentów SINFONI, GRAVITY i NACO działających w zakresie podczerwieni i bliskiej podczerwieni widma.
Krytyczne były dane zebrane w maju 2018 roku, kiedy gwiazda zbliżyła się do czarnej dziury oddalonej o mniej niż 20 miliardów kilometrów. Efekt interakcji między czarną dziurą a gwiazdą był tak silny, że czarna dziura przyspieszyła prędkość tej ostatniej do 25 milionów kilometrów na godzinę (prawie 3 procent prędkości światła).
Film promocyjny:
Naukowcy zauważają, że w szczególności interakcja przejawiła się w gwałtownej zmianie koloru gwiazdy pod wpływem tak zwanego grawitacyjnego przesunięcia ku czerwieni - „rozciągania” fal elektromagnetycznych, gdy uderzają one w obszar o silnym polu grawitacyjnym. W przypadku S2 gwiazda wyraźnie „zaczerwieniła się”, gdy zbliżyła się do Strzelca A *, po czym po chwili przybrała swój zwykły kolor. Siła tego efektu, jak pokazują obserwacje VLT, była w pełni zgodna z przewidywaniami teorii względności i związanym z nią zjawiskiem dylatacji czasu grawitacyjnego.
„Nasze wstępne obserwacje S2 za pomocą instrumentu GRAVITY rozpoczęły się około dwa lata temu. Nawet wtedy zidentyfikowaliśmy wyraźny efekt przesunięcia ku czerwieni związany z czarną dziurą, który po raz kolejny potwierdził ogólną teorię względności Einsteina”- mówi astrofizyk Frank Eisenhower, który pracuje ze spektrografami GRAVITY i SINFONI.
„Podczas naszego najbliższego podejścia zauważyliśmy nawet słabą poświatę wokół czarnej dziury na większości zdjęć, co pozwoliło nam bardzo dokładnie śledzić orbitę gwiazdy i ostatecznie być świadkiem grawitacyjnego przesunięcia ku czerwieni S2”.
Podobnie naukowcy potwierdzili, że ruch S2 odbiegał od swojej zwykłej orbity Newtona o wielkość obliczoną na podstawie obliczeń Einsteina. Obydwaj, zdaniem Genzela i jego zespołu, po raz kolejny udowadniają, że Einstein ma rację, opisując, jak zachowuje się struktura czasoprzestrzeni i cały Wszechświat.
Naukowcy twierdzą, że mają teraz naturalne laboratorium do badania supermasywnych czarnych dziur i efektów relatywistycznych.
Nikolay Khizhnyak