Godine 1915. Albert Einstein objavio je svoju čuvenu Teoriju opće relativnosti, koja je dala jedinstven opis gravitacije kao geometrijskog svojstva prostora i vremena. Ova je teorija urodila suvremenom teorijom gravitacije i revolucionizirala naše razumijevanje fizike. Iako je od tada prošlo stoljeće, znanstvenici i dalje provode eksperimente koji potvrđuju predviđanja njegove teorije.
Zahvaljujući nedavnim opažanjima tima međunarodnih astronoma (poznatih kao GRAVITY suradnja), efekti opće relativnosti otkriveni su korištenjem Supermasivne crne rupe (SMBH) po prvi put. Ti su nalazi bili vrhunac 26-godišnje kampanje promatranja SMBH u središtu Mliječnog puta (Strijelac A *) pomoću instrumenata Europskog južnog opservatorija (ESO).
Studija koja opisuje otkrića tima nedavno se pojavila u časopisu Astronomija i astrofizika, pod nazivom "Detekcija gravitacijskog pomaka u orbiti zvijezde S2 u blizini masivne crne rupe Galaktičkog središta". Studiju je vodio Roberto Arbuto iz ESO-a, a uključivali su članove suradnje GRAVITY - koju vodi Reinhard Genzel iz Instituta Max Planck za izvanzemaljsku fiziku (MPE) i uključuje astronoma s više europskih sveučilišta i istraživačkih instituta.
Za vrijeme studije, tim se oslanjao na podatke prikupljene izuzetno osjetljivim i visoko preciznim instrumentima VLT-a. Tu su uključeni GRAVITY astrometrijski i interferometrijski instrument, Spektrograf za promatranje polja integralnih zraka u bliskom infracrvenom (SINFONI) instrumentu, i Nasmyth Adaptive Optics System (NAOS) - instrument infracrvenog snimanja i spektrograf (CONICA), koji su zajedno poznati kao Naco.
Nova infracrvena opažanja prikupljena ovim instrumentima omogućila su timu da nadgleda jednu od zvijezda (S2) koja orbitira na Strijelcu A * dok je prolazila ispred crne rupe - koja se dogodila u svibnju 2018. U najbližoj točki u njenoj orbiti , zvijezda je bila na udaljenosti manjoj od 20 milijardi km (12,4 milijarde milja) od crne rupe i kretala se brzinom većom od 25 milijuna km / h (15 milijuna mph) - gotovo tri posto brzine svjetlosti ,
Dok se instrument SINFONI koristio za mjerenje brzine S2 prema Zemlji i dalje od nje, instrument GRAVITY na VLT interferometru (VLTI) izveo je izvanredno precizna mjerenja mijenjajućeg položaja S2 kako bi se odredio oblik njegove orbite. GRAVITY instrument je tada stvorio oštre slike koje su otkrivale gibanje zvijezde dok je prolazila blizu crne rupe.
Tim je potom usporedio mjerenje položaja i brzine s prethodnim opažanjima S2 koristeći druge instrumente. Zatim su usporedili ove rezultate s predviđanjima Newtonovog zakona o općoj gravitaciji, općoj relativnosti i drugim teorijama gravitacije. Kao što se očekivalo, novi su rezultati bili u skladu s predviđanjima koje je dao Einstein prije više od jednog stoljeća.
Kao što je Reinhard Genzel, koji je osim što je bio vođa suradnje GRAVITY bio koautor knjige, objasnio u nedavnom priopćenju za ESO:
„Ovo je drugi put da smo promatrali bliski prolazak S2 oko crne rupe u našem galaktičkom središtu. Ali ovaj put, zbog mnogo poboljšane instrumentacije, uspjeli smo promatrati zvijezdu s neviđenom rezolucijom. Za ovaj smo se događaj intenzivno pripremali nekoliko godina, jer smo željeli iskoristiti ovu jedinstvenu priliku za promatranje općih relativističkih efekata. "
Kad su ga promatrali s novim instrumentima VLT-a, tim je primijetio efekt nazvan gravitacijski crveni pomak, pri čemu je svjetlost koja dolazi iz S2 mijenjala boju kako se približavala crnoj rupi. To je uzrokovano vrlo jakim gravitacijskim poljem crne rupe, koje je protezalo valnu dužinu svjetlosti zvijezde, uzrokujući da se pomakne prema crvenom kraju spektra.
Promjena valne duljine svjetlosti iz S2 točno se podudara s onim što je predviđala Einsteinova jednadžba polja. Kako je Frank Eisenhauer - istraživač s Instituta za izvanzemaljsku fiziku Maxa Plancka, glavni istraživač GRAVITY i SINFONI spektrografa i koautor studije:
“Naša prva opažanja S2 s GRAVITY-om prije otprilike dvije godine već su pokazala da bismo imali idealnu laboratoriju za crne rupe. Tijekom bliskog prolaza mogli smo čak otkriti slab sjaj oko crne rupe na većini slika, što nam je omogućilo da precizno pratimo zvijezdu na njenoj orbiti, što u konačnici dovodi do detekcije gravitacijskog crvenog pomaka u spektru S2.”
Dok su provedena druga ispitivanja koja su potvrdila Einsteinova predviđanja, ovo je prvi put da su efekti opće relativnosti primijećeni u kretanju zvijezde oko supermasivne crne rupe. U tom pogledu, Einstein se još jednom pokazao u pravu, koristeći jedan najekstremniji laboratorij do danas! Štoviše, potvrdio je da testovi koji uključuju relativističke efekte mogu dati dosljedne rezultate u vremenu i prostoru.
"Ovdje u Sunčevom sustavu možemo samo testirati zakone fizike sada i pod određenim okolnostima", rekla je Françoise Delplancke, šefica Odjela za sistemski inženjering u ESO. "Stoga je u astronomiji vrlo važno provjeriti jesu li ti zakoni i dalje važni tamo gdje su gravitaciona polja jako jača."
U skoroj budućnosti bit će moguć još jedan relativistički test dok se S2 odmiče od crne rupe. To je poznato kao Schwarzschildova precesija, gdje se očekuje da će zvijezda doživjeti malu rotaciju u svojoj orbiti. GRAVITY Suradnja nadgledat će S2 kako bi i ovaj efekt promatrao, još jednom se oslanjajući na VLT-ove vrlo precizne i osjetljive instrumente.
Kao što je Xavier Barcons (generalni direktor ESO-a) nagovijestio, ovo ostvarenje omogućeno je zahvaljujući duhu međunarodne suradnje predstavljenoj suradnjom GRAVITY i instrumentima koji su pomogli razvoju ESO-a:
„ESO je surađivao s Reinhardom Genzelom i njegovim timom te suradnicima u državama članicama ESO-a više od četvrt stoljeća. Bio je veliki izazov razviti jedinstvene snažne instrumente potrebne za izvođenje tih vrlo osjetljivih mjerenja i njihovo korištenje na VLT-u u Paranalu. Danas objavljeno otkriće vrlo je uzbudljiv rezultat izvanrednog partnerstva. "
Provjerite ovaj videozapis uspješnog testa GRAVITY Collaborat, iz Uljudnosti ESO-a:
