По словам Андреа Гез, профессора физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, более чем через 100 лет после того, как Альберт Эйнштейн опубликовал свою культовую общую теорию относительности, она начинает разваливаться по краям. Теперь, в ходе самой всеобъемлющей проверки общей теории относительности возле чудовищной черной дыры в центре нашей галактики, Гез и ее исследовательская группа сообщают 25 июля в журнале Science, что теория Эйнштейна подтверждается.
«Эйнштейн прав, по крайней мере, на данный момент», - сказал Гез, соавтор исследования. «Мы можем полностью исключить закон всемирного тяготения Ньютона. Наши наблюдения согласуются с общей теорией относительности Эйнштейна. Однако его теория определенно показывает уязвимость. Он не может полностью объяснить гравитацию внутри черной дыры, и в какой-то момент нам придется перейти от теории Эйнштейна к более всеобъемлющей теории гравитации, объясняющей, что такое черная дыра ».
Общая теория относительности Эйнштейна 1915 года утверждает, что то, что мы воспринимаем как силу гравитации, возникает из-за искривления пространства и времени. Ученый предположил, что такие объекты, как Солнце и Земля, изменяют эту геометрию. Теория Эйнштейна - лучшее описание того, как работает гравитация, сказал Гез, чья команда астрономов под руководством Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе провела прямые измерения этого явления возле сверхмассивной черной дыры - исследование, которое Гез описывает как «экстремальную астрофизику».
«Законы физики, включая гравитацию, должны действовать повсюду во Вселенной», - сказал Гез, добавив, что ее исследовательская группа - одна из двух групп в мире, которые наблюдают, как звезда, известная как S0-2, совершает полный оборот по трехмерной орбите. вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. Полный оборот по орбите занимает 16 лет, а масса черной дыры примерно в 4 миллиона раз больше массы Солнца.
Исследователи говорят, что их работа является наиболее подробным из когда-либо проводившихся исследований сверхмассивной черной дыры и общей теории относительности Эйнштейна.
Ключевыми данными в исследовании были спектры, которые команда Гез проанализировала в апреле, мае и сентябре, когда ее «любимая звезда» наиболее близко подошла к огромной черной дыре. Спектры, которые Гез описал как «радугу света» от звезд, показывают интенсивность света и предоставляют важную информацию о звезде, от которой распространяется свет. Спектры также показывают состав звезды. Эти данные были объединены с измерениями, выполненными Гез и ее командой за последние 24 года.
Спектры - собраны в W.M. Обсерватория Кека на Гавайях с использованием спектрографа, построенного в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе командой во главе с его коллегой Джеймсом Ларкиным, обеспечивает третье измерение, выявляя движение звезды с недостижимой ранее точностью. (Изображения звезды, сделанные исследователями в обсерватории Кека, показывают два других измерения.) Инструмент Ларкина принимает свет от звезды и рассеивает его, подобно тому, как капли дождя рассеивают свет от солнца, чтобы создать радугу, сказал Гез.
«Что такого особенного в S0-2, так это то, что у нас есть его полная орбита в трех измерениях», - сказал Гез, заведующий кафедрой астрофизики Лорен Б. Лейхтман и Артура Э. Левина. «Это то, что дает нам входной билет в тесты общей теории относительности. Мы спросили, как гравитация ведет себя вблизи сверхмассивной черной дыры и рассказывает ли теория Эйнштейна всю историю. Наблюдение за тем, как звезды движутся по своей полной орбите, дает первую возможность проверить фундаментальную физику, используя движение этих звезд ».
Прошлым летом Гез была предоставлена возможность представить частичные данные, но она предпочла этого не делать, чтобы ее команда могла сначала тщательно проанализировать данные. «Мы изучаем, как работает гравитация. Это одна из четырех основных сил и та, которую мы меньше всего проверяли », - сказала она. «Есть много регионов, где мы просто не спрашиваем, как здесь работает гравитация? Легко быть излишне самоуверенным, и есть много способов неверно истолковать данные, много способов, которыми небольшие ошибки могут накапливаться в серьезные ошибки, поэтому мы не торопились с анализом ».
Гез, получивший в 2008 году стипендию Макартура «Гений», изучает более 3000 звезд, вращающихся вокруг сверхмассивной черной дыры. По ее словам, сотни из них - молодые люди в регионе, где астрономы не ожидали их увидеть.
Фотонам из S0-2 требуется 26000 лет, чтобы достичь Земли. «Мы так взволнованы и годами готовились к этим измерениям», - сказал Гез, руководитель группы Галактического центра Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. "Для нас это интуитивно, это сейчас - но на самом деле это произошло 26000 лет назад!"
Это первая из многих проверок общей теории относительности, которую исследовательская группа Геза проведет на звездах вблизи сверхмассивной черной дыры. Среди звезд, которые ее больше всего интересуют, - S0-102, имеющая самую короткую орбиту, за 11 с половиной лет, чтобы завершить полный оборот вокруг черной дыры. Орбиты большинства звезд, изучаемых Гезом, намного длиннее, чем продолжительность жизни человека.
***
Фотографии взяты из открытых источников, с сервиса Яндекс.Картинки
Подписывайся на канал. Впереди много интересной информации.
