1915 m. Albertas Einšteinas išleido garsiąją Bendrojo reliatyvumo teoriją, kurioje pateiktas vieningas gravitacijos kaip geometrinės erdvės ir laiko savybės aprašymas. Ši teorija paskatino šiuolaikinę gravitacijos teoriją ir pakeitė mūsų supratimą apie fiziką. Nors nuo to laiko praėjo šimtmetis, mokslininkai vis dar vykdo eksperimentus, patvirtinančius jo teorijos prognozes.
Dėl naujausių tarptautinių astronomų komandos (žinomos kaip GRAVITY bendradarbiavimas) stebėjimų, bendrojo reliatyvumo poveikis buvo atskleistas pirmą kartą naudojant Supermassive Black Hole (SMBH). Šios išvados buvo 26 metų trukmės SMBH stebėjimo kampanijos Pieno kelio centre (Šaulys A *) kulminacija, naudojant Europos pietų observatorijos (ESO) instrumentus.
Neseniai žurnale pasirodė tyrimas, kuriame aprašomos komandos išvados Astronomija ir astrofizika, pavadintą „Gravitacinio raudonojo poslinkio aptikimas žvaigždės S2 orbitoje šalia Galaktikos centro didžiulės juodosios skylės“. Tyrimui vadovavo Roberto Arbuto iš ESO, jame dalyvavo GRAVITY bendradarbiavimo nariai, kuriems vadovauja Reinhardas Genzelis iš Makso Plancko Nežemiškos fizikos instituto (MPE) ir kuriame dalyvauja astronomai iš daugelio Europos universitetų ir tyrimų institutų.
Tyrimo tikslais komanda rėmėsi duomenimis, kuriuos surinko VLT ypač jautrūs ir labai tikslūs instrumentai. Tai apėmė GRAVITY astrometrinis ir interferometrinis prietaisas, integruoto lauko stebėjimo artimojoje infraraudonųjų spindulių srityje spektrografas (SINFONI) ir Nasmyth adaptyvioji optikos sistema (NAOS) - beveik infraraudonųjų spindulių vaizdajuostė ir spektrografas (CONICA), kurie kartu žinomi kaip NACO.
Šiais instrumentais surinkti nauji infraraudonųjų spindulių stebėjimai komandai leido stebėti vieną iš žvaigždžių (S2), kuri skrieja aplink Šaulio A *, važiuodama pro juodąją skylę - kuri įvyko 2018 m. Gegužę. Artimiausiame jos orbitos taške , žvaigždė buvo nutolusi mažiau nei 20 milijardų km (12,4 milijardo mylių) atstumu nuo juodosios skylės ir judėjo greičiu, viršijančiu 25 milijonus km / h (15 milijonų mylių per valandą) - beveik tris procentus šviesos greičio. .
Tuo tarpu S2 greičiui matuoti ir tolyn nuo Žemės buvo naudojamas SINFONI instrumentas, o GRTITY matavimo prietaisas VLT interferometru (VLTI) atliko ypač tikslius S2 kintančios padėties matavimus, kad apibrėžtų jo orbitos formą. Tada GRAVITY instrumentas sukūrė aštrius vaizdus, kurie atskleidė žvaigždės judesį artėjant prie juodosios skylės.
Tada komanda palygino padėties ir greičio matavimus su ankstesniais S2 stebėjimais, naudodama kitus instrumentus. Tada jie palygino šiuos rezultatus su prognozėmis, pateiktomis Niutono Visuotinės gravitacijos dėsnio, Bendrojo reliatyvumo ir kitomis gravitacijos teorijomis. Kaip ir tikėtasi, nauji rezultatai atitiko Einsteino prognozes daugiau nei prieš šimtmetį.
Neseniai paskelbtame ESO pranešime spaudai paaiškino Reinhardas Genzelis, kuris, be to, buvo ir „GRAVITY“ bendradarbiavimo lyderis, kartu buvo bendraautorius.
„Tai yra antras kartas, kai mes pastebėjome artimą S2 praėjimą aplink juodąją skylę mūsų galaktikos centre. Bet šį kartą dėl žymiai patobulintos aparatūros mes sugebėjome stebėti žvaigždę su precedento neturinčia skiriamąja geba. Kelerius metus intensyviai ruošėmės šiam renginiui, nes norėjome kuo geriau išnaudoti šią unikalią galimybę pastebėti bendrą reliatyvistinį poveikį. “
Stebėdama naujus VLT instrumentus, komanda pastebėjo efektą, vadinamą gravitaciniu raudonojo poslinkio efektu, kai iš S2 sklindanti šviesa pakeitė spalvą, artėdama prie juodosios skylės. Tai sukėlė labai stiprus juodosios skylės gravitacinis laukas, kuris ištempė žvaigždės šviesos bangos ilgį ir privertė ją pasislinkti link raudonojo spektro galo.
Šviesos bangos ilgio pokytis iš S2 tiksliai sutampa su tuo, ką numatė Einšteino lauko lygtis. Kaip Frankas Eisenhaueris - Makso Plancko Nežemiškos fizikos instituto tyrėjas, pagrindinis GRAVITY ir SINFONI spektrografo tyrėjas bei tyrimo bendraautorius - nurodė:
“Pirmieji S2 stebėjimai su GRAVITY maždaug prieš dvejus metus jau parodė, kad turėsime geriausią juodųjų skylių laboratoriją. Artimoje perėjoje mes netgi galėjome aptikti silpną švytėjimą aplink juodąją skylę daugumoje vaizdų, kurie leido mums tiksliai sekti žvaigždę jos orbitoje ir galiausiai leido aptikti gravitacinį raudoną poslinkį S2 spektre.”
Buvo atlikti kiti testai, kurie patvirtino Einšteino prognozes. Tai yra pirmas kartas, kai bendrojo reliatyvumo poveikis pastebimas žvaigždės judesiui aplink supermasyvią juodąją skylę. Šiuo atžvilgiu Einšteinas dar kartą įrodytas, naudodamas vieną iki šiol ekstremaliausių laboratorijų! Be to, jis patvirtino, kad testai, apimantys relativistinį poveikį, gali duoti nuoseklius rezultatus laike ir erdvėje.
„Čia, Saulės sistemoje, fizikos įstatymus galime išbandyti tik dabar ir tam tikromis aplinkybėmis“, - sakė ESO Sistemų inžinerijos departamento vadovas Françoise Delplancke. „Taigi astronomijoje labai svarbu taip pat patikrinti, ar tie įstatymai vis dar galioja ten, kur gravitaciniai laukai yra daug stipresni“.
Artimiausiu metu bus galima atlikti dar vieną relativistinį testą, nes S2 tolsta nuo juodosios skylės. Tai žinoma kaip Schwarzschildo precezija, kai žvaigždės tikimasi patirti nedidelį sukimąsi savo orbitoje. Bendradarbiavimas „GRAVITY“ taip pat stebės S2 ir stebės šį efektą, dar kartą pasikliaudamas labai tiksliais ir jautriais VLT instrumentais.
Kaip nurodė Xavier Barcons (ESO generalinis direktorius), šis pasiekimas buvo įmanomas dėl tarptautinio bendradarbiavimo dvasios, kuriai atstovauja GRAVITY bendradarbiavimas, ir priemonių, kurias jie padėjo ESO plėtoti:
„ESO daugiau nei ketvirtį amžiaus dirbo su Reinhardu Genzeliu, jo komanda ir bendradarbiais ESO valstybėse narėse. Sukurti nepaprastai galingus instrumentus, reikalingus šiems labai subtiliams matavimams atlikti ir dislokuoti VLT Paranalyje, buvo didžiulis iššūkis. Šiandien paskelbtas atradimas yra labai jaudinantis ryškios partnerystės rezultatas. “
Ir būtinai peržiūrėkite šį vaizdo įrašą, kuriame pateiktas sėkmingo „GRAVITY Collaboration“ testo vaizdo įrašas, sutikus su ESO:
