В мае 2018 года остров Гавайи затрясся от извержения вулкана. Лава вылилась из разлома в сторону вулкана Килауэа, и два землетрясения сотрясали людей и здания, вызывая эвакуацию не только домов на пути лавы, но и персонала на соседней вершине Маунакеа и в штаб-квартире обсерватории Кека в Ваймеа.
Хотя гора теряла свою хладнокрвие, астроном Андреа Гез (Университет Калифорнии, Лос-Анджелес) - нет. Она и ее команда провели более двух десятилетий, используя телескопы Кека и другие объекты, чтобы наблюдать, как звезды вращаются вокруг Sgr A * - гигантской черной дыры в центре нашей галактики. В тот месяц большая голубоватая звезда просвистывала через ближайший проход левиафана со значительной долей скорости света. Астрономы тщательно рассчитали, какие именно дни были наиболее важными для их наблюдений, и Гез знала, что они могут позволить себе потерять один из вулканов - что они и сделали.
Команда Геза - одна из двух - другая во главе с Рейнхардом Гензелем (Институт внеземной физики Макса Планка, Германия), которые следят за звездами в галактическом центре с 1990-х годов. Эти звезды представляют собой странную группу больших молодых солнц, пронизывающих область, где образование звезд должно быть невозможным.
Астрономы заботятся об этих звездах по многим причинам, но самые последние группы наблюдений были сосредоточены на одном объекте и на том, что он может рассказать нам о гравитации. Названная S2 немецкой командой и S0-2 американской, звезда, которая совершила свой безумный рывок в 2018 году, приближается к Sgr A *, чем любая другая обнаруженная нами звезда - около 120 астрономических единиц, или расстояние в четыре раза больше Нептуна от Солнца. Это так близко, что звезда проникает внутрь края горизонта событий, который черная дыра создает в ткани пространства-времени, как бесстрашный космический скейтбордист, идущий вбок по рампе. Когда S2 погружается, его фотоны должны приложить огромную силу, чтобы не быть притянутыми и добраться до нас. Притяжение лишает их энергии, которая смещает их на более длинные красные волны.
Это релятивистское красное смещение не происходит в ньютоновской гравитации. Имейте в виду, это красное смещение есть в теории Ньютона, но это только из - за звезды , движущейся вдоль луча зрения. Общая теория относительности (ОТО) Эйнштейна использует дополнительный сдвиг, который примерно на одну десятую больше - это не самая простая вещь, которую можно увидеть, когда вы отслеживаете звезды на расстоянии 26 000 световых лет, и все они находятся в вашем поле зрения, словно танцующие бусинки,
Но в июле прошлого года Гензель и его коллеги объявили, что наконец-то обнаружили это релятивистское красное смещение, используя превосходные возможности интерферометрического прибора Gravity на очень большом телескопе в Чили, чтобы наблюдать, как S2 проходит мимо черной дыры.
Перед публикацией Genzel спросил Гез, не хочет ли она сделать совместное объявление о результатах обеих групп. Но Гез возражала. В ближайшем сближении с S2 было три ключевых момента: сначала в апреле, когда движение звезды от нас вдоль линии нашего обзора усилилось, затем повернулось и повернуло назад к нам; во-вторых, в середине мая, когда звезда приблизилась к черной дыре, как видно на плоскости неба; в-третьих, в сентябре, когда звезда вырвалась из своего стремительного движения к нам и замедлилась. Гез хотела наблюдать последний поворот звезды, прежде чем она проанализирует свои данные.
Эти данные, тщательно проверенные на несоответствия, теперь были опубликованы группой Гез в журнале Science . Анализ, проведенный Гез, заместителем директора Туан До (также UCLA) и их коллегами, подтверждает анализ Gravity Collaboration, ясно демонстрирующий релятивистское красное смещение около 200 км / с и исключающее ньютоновскую гравитацию. (Группа Гензеля также опубликовала последующий документ, включающий их наблюдения до сентября 2018 года .)
Хотя результат подтверждения часто затрудняет написание заголовков, но это наука в лучшем виде: две независимые команды, использующие разные телескопы и инструменты и методы анализа, находят одно и то же.
Ну, не совсем то же самое. То, что озадачило обе команды, - то, что, хотя они видят то же самое красное смещение, другие, более прозаические параметры, которые они вычисляют из своих наблюдений, не совсем совпадают. Например, их измерения расстояния Sgr A * отличаются примерно на 600 световых лет. «Два результата должны совпадать, мы смотрим на одну и ту же черную дыру!» - говорит Гез.
Несоответствия - это «очень интересный вопрос», соглашается Гензель. Непонятно, что насчет отличных методов измерения и анализа команд. Поскольку исследователи строят свои структуры орбиты S2, используя данные, охватывающие несколько десятилетий и возможности прибора, есть много аспектов, которые необходимо проверить.
Хотя расхождения не являются проблемой для измерения красного смещения, все, что лежит в основе небольших различий, будет вопросом для следующего шага в использовании звезд галактического центра для проверки гравитационных сил: поиск прецессии. Из-за капризов искривленного пространства-времени, S2 не должна возвращаться в то же самое место, когда он завершает проход по орбите. Вместо этого она прецессирует, вытягивая рисунок, подобный спирографу, вокруг черной дыры, когда он завершает каждый 16-летний круг. В начале подобных работ прецеденты вращения Меркурия вокруг Солнца были одной из первоначальных точек исследования гравитационных сил. Теперь астрономы хотят видеть, работает ли физика таким же образом в самых экстремальных условиях гравитации, которые мы можем исследовать. Обнаружение прецессии является гораздо более сложным измерением, которое повышает точность.