Измерения черной дыры подтверждают теорию относительности Альберта Эйнштейна.
В центре нашей галактики находится гигантская черная дыра. Немецкие и французские исследователи впервые измерили эффекты в гравитационном поле черной дыры Стрельца А *, которые Альберт Эйнштейн предсказал 100 лет назад в своей «общей теории относительности». Также был вовлечен профессор астрофизик Андреас Эккарт из Кельнского университета.
В самом сердце нашей галактики, в центре Млечного Пути, есть место, где «время останавливается», свет звезд гаснет, и материя, которую мы знаем, больше не существует. В этом месте пространство-время космоса изгибается массой, в четыре миллиона раз превышающей массу нашего Солнца, сверхмассивной черной дырой. На этом месте законы классической ньютоновской физики больше не применяются. Звезды, которые вращаются там, показывают странное поведение, иногда они сияют в синем спектре, иногда в красном. Даже на своей орбите они не найдены там, где должны быть, потому что время и их путь растянуты.
Древний и сверхмассивный
Эта черная дыра, Стрелец A *, находится в созвездии Стрельца. Это место, за которым кёльнский физик профессор Андреас Эккарт из Физического института наблюдал в течение многих лет. Вместе со своими коллегами, инженерами и техниками Эккарт измерил орбиту звезды S2 с начала 1990-х годов. Стрелец А * - это большое ничто, ничто иное, как ничто - это сверхмассивная черная дыра. Нормальные черные дыры образованы свернутыми звездами размером до десяти солнечных масс. Черная дыра в центре Млечного Пути не такая большая, она была там с рассвета Млечного Пути. Также в центре других галактик мы можем наблюдать такие гигантские черные дыры, которые в 10-100 миллионов раз тяжелее Солнца. Но только за последние годы появились сведения о том, что такая дыра есть и в центре нашего Млечного Пути.
Эйнштейн чувствовал пульс
Объекты уже являются сокровищницей для астрофизики. С их помощью можно также доказать влияние общей теории относительности. Когда Эйнштейн пересмотрел физику своей теории сто лет назад, он также предсказал влияние большой гравитации на структуру пространства-времени: она изогнута. Чрезвычайно массивный объект, такой как черная дыра, изгибает пространство и время в непосредственной близости. Чем ближе вы приближаетесь к гигантской массе, тем интенсивнее воздействие. Прямое наблюдение за черными дырами считается практически невозможным. Но они выдают себя звездами, которые вращаются вокруг черной дыры, потому что для объектов, которые находятся на орбите вокруг черной дыры, искривление пространства имеет последствия.
Они находятся на так называемой релятивистской орбите. Если они близко приближаются к черной дыре, они подвержены эффектам временной задержки и искривления пространства. Прекрасная возможность для астрофизики проверить утверждения Эйнштейна в этой гигантской лаборатории. В то же время такая орбита также была бы свидетельством сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. Искривление пространства имеет последствия.
В течение 26 лет
Все известные черные дыры, которые были обнаружены до сих пор, - это так называемые вращающиеся черные дыры: при их вращении они разрывают пространство и "деформируют" кривизну. Так как эти эффекты черных дыр на окружающую среду можно наблюдать очень хорошо в инфракрасном спектральном диапазоне, физики и астрофизики из Кельнского университета специализировались на разработке высокочувствительных измерительных приборов, так называемых спектрометров, в этой области длины волны.
"Если вы хотите открыть что-то новое в астрофизике, вам нужно войти в диапазоны длин волн, которые трудно освоить", - говорит Андреас Эккарт. "Это был инфракрасный диапазон до субмиллиметрового спектрального диапазона несколько лет назад. Там особенно сложно строить камеры и приемники. Это получилось здесь, в Кельне. "С тех пор как телескопы Европейской южной обсерватории (ESO) захватили первые изображения звезды S2 на горе Паранал в Андах на севере Чили, Эккарт и его коллеги-кельнеры стали частью международной команды, которая работает над поиском более лучших и более содержательных изображений звезды. "Я был с самого начала. Первые разрешенные изображения звезды S2 и скопления звезд в центре Млечного Пути мы получили в 1991 и 1992 годах с коллегами и коллегами из Института внеземной физики им.Макса Планка в Гархинге. С тех пор мы измеряем движение отдельных звезд", - вспоминает Эккарт. Прошло 26 лет, но измерения заняли свое время: "период обращения звезды S2 вокруг черной дыры Стрельца А * составляет 16 лет. Надо несколько раз в год проводить точные измерения на месте."
Сердце для прибора
На протяжении многих лет физики и их технические команды продолжали улучшать разрешение спектрометров. Наконец, исследовательская группа из Кельна предоставила два высокочувствительных спектрометра, которые позволяют чрезвычайно чувствительному инструменту ESO GRAVITY захватывать инфракрасный свет звезд на орбите Стрельца А *. По сути, GRAVITY также стал единым большим телескопом с комбинацией четырех 8-метровых телескопов ESC ESO на горе высотой 2635 метров в Андах на Паранале в Чили, что позволило достичь огромного разрешения.
«Благодаря этим двум спектрометрам мы создали сердце для прибора GRAVITY», - говорит Эккарт.
С новыми устройствами улучшается так называемое угловое разрешение телескопов.
Кривизна пространства-времени замедляет свет
В 2017 году удалось найти первый признак так называемого апсидального вращения орбиты звезды S2, хотя, нормальная орбита напоминает эллипс, орбита звезды смещается под воздействием черной дыры, так что она больше похожа на розетку. Это вращение является показателем высокой концентрации массы и предсказывается "Теорией относительности". Наконец, астрофизики из Кельна смогли использовать GRAVITY для еще более точного измерения орбиты, а затем объединить данные с данными спектроскопии. При этом они обнаружили пропорцию красного смещения в свете звезды. В принципе, это сводится к этой огромной массе, влияющей на пространство-время, и расстояние и спектр света изменяются этой кривизной пространства. Различия в способе и во времени вызваны тяжелой массой. Впервые ученым удалось экспериментально доказать, что спектр света звезды изменяется характерным образом в сильном гравитационном поле черной дыры.
«Теперь у нас есть два очень хороших признака того, что звезда S2 движется по релятивистской орбите вокруг центральной массы», - говорит Эккарт. - Это очень хорошее доказательство того, что масса в центре Млечного Пути очень большая и компактная. Это согласуется с предположением, что это сверхмассивная черная дыра ".
Измерения также могут быть распространены на другие сверхмассивные черные дыры в галактиках, расположенных далеко друг от друга, но не с точностью Стрельца А *. Черная дыра в середине Млечного Пути находится всего в 25 640 световых лет и, таким образом, находится в космическом соседстве.
«Мы получаем данные, обрабатываем их и публикуем вместе с консорциумом в публикациях», - сообщает Эккарт.
Однако, основной задачей кельнских исследователей остается темное сердце Млечного пути. Со слов Эккарта: «Можно сказать, что черная дыра в центре Млечного пути очень важна для нас».
Понравилась статья? Подпишись! И не забудь про "палец вверх"!