След като наблюдават в продължение на близо 30 години движенията на звездата S2, обикаляща около свръхмасивната черна дупка в центъра на нашата галактика, астрономите потвърдиха, че тя се движи, както е предсказано от общата теория на относителността на Айнщайн. Орбитата му е оформена като розетка, а не като елипса, както казва теорията за гравитацията на Нютон.

айнщайн

The Теорията на Айнщайн за общата теория на относителността предсказва, че обвързаните орбити на един обект около друг не са затворени, както при Нютоновата гравитация, а по-скоро имат a прецесионно движение (промяна в ориентацията на оста на въртене на въртящо се тяло) напред в равнината на движение.

Този известен ефект, забелязан за първи път в орбитата на планетата Меркурий около Слънцето, е първото доказателство в полза на общата теория на относителността. Сто години по-късно астрономите са успели да открият същия ефект върху движението на звезда, обикаляща около компактен радио шрифт Стрелец A *, в центъра на Млечния път.

Това авансово наблюдение засилва доказателствата, че Стрелец A * трябва да бъде a супермасивна черна дупка четири милиона пъти масата на Слънцето.

Разположен на 26 000 светлинни години от Слънцето, Стрелец A * и плътният звезден куп около него осигуряват уникална лаборатория за тестване на физиката в екстремен и неизследван режим на гравитация. Една от тези звезди, S2, се хвърля към свръхмасивната черна дупка от разстояние по-малко от 20 милиарда километра (120 пъти по-голямо от разстоянието между Слънцето и Земята), което я прави една от най-близките, откривани някога в орбита около масивния гигант.

В най-близкия си подход до черната дупка, звездата S2 прекосява космоса с почти три процента от скоростта на светлината, завършвайки орбита веднъж на 16 години.

Следвайки звездата в нейната орбита повече от две десетилетия и половина, изящните измервания силно откриха прецесията на Шварцшилд на S2 по пътя си около Стрелец A *; те са публикувани в списанието Астрономия и астрофизика.

Повечето звезди и планети имат некръгла орбита и следователно се придвижват по-близо и по-далеч от обекта, около който се въртят. Орбитата на S2 е обработена, което означава, че местоположението на най-близката й точка до свръхмасивната черна дупка се променя с всяко завъртане, така че следващата орбита се върти спрямо предишната, създавайки форма на розетка.

Прецесията на Шварцшилд

Общата теория на относителността осигурява точна прогноза за това колко се променя орбитата й, а последните измервания от това изследване точно съвпадат с теорията. Този ефект е това, което е известно като Прецесия на Шварцшилд и никога досега не беше измерван на звезда около свръхмасивна черна дупка.

Изследването, проведено с Телескоп VLT на Европейска южна обсерватория (ESO), също така помага на учените да научат повече за околностите на свръхмасивната черна дупка в центъра на нашата галактика.

Тъй като измерванията на S2 отговарят толкова добре на общата теория на относителността, могат да бъдат зададени строги граници на това колко невидим материал (като разпределена тъмна материя или възможни по-малки черни дупки) е около Стрелец A *. Това е много интересно да се разбере формирането и еволюцията на свръхмасивните черни дупки.

Този резултат е кулминацията на 27-годишните наблюдения на звездата S2, използвайки през по-голямата част от това време флот от инструменти, инсталирани в VLT, разположен в пустинята Атакама, в Чили.

Броят на точките с данни, които маркират позицията и скоростта на звездата, свидетелстват за задълбочеността и прецизността на това ново изследване. Всъщност екипът извърши над 330 измервания с помощта на инструментите GRAVITY, SINFONI и NACO.

Тъй като S2 отнема години, за да обиколи свръхмасивната черна дупка, беше от решаващо значение да следвате звездата в продължение на почти три десетилетия, за да разкриете сложността на нейното орбитално движение.

Проектът GRAVITY

Изследването е проведено от международна група, ръководена от Франк Айзенхауер, на MPE, със сътрудници от Франция, Португалия, Германия и ESO. Екипът съставлява GRAVITY сътрудничество, кръстен на инструмента, който са разработили за интерферометъра VLT, който комбинира светлината от четирите 8-метрови телескопа VLT, за да образува супертелескоп (с резолюция, еквивалентна на тази на телескоп с диаметър 130 метра).

Същият екип разкри през 2018 г. друг ефект, предвиден от общата теория на относителността: Те видяха светлината, получена от S2, да се простира до по-дълги дължини на вълната, когато звездата преминаваше близо до Стрелец A *. Предишният резултат показа, че излъчваната от звездата светлина изпитва обща теория на относителността и сега, когато самата звезда страда от ефектите на тази теория на относителността.

С предстоящия телескоп на ESO, Изключително голям телескоп, екипът вярва, че биха могли да видят много по-слаби звезди, които обикалят още по-близо до свръхмасивната черна дупка.

Това би означавало, че астрономите ще могат да измерват двете величини, спин и маса, които характеризират Стрелец А * и да определят пространството и времето около него. Отново би било съвсем различно ниво за тестване на относителността.