Наблюдения за близким окружением сверхмассивной черной дыры в самом центре Млечного Пути, проведенные в течение почти трех десятилетий, позволили ученым проанализировать движение одной из звезд и доказать, что оно согласуется с предсказаниями Общей теории относительности Эйнштейна.
Разработанная Эйнштейном более 100 лет назад теория предсказывает, что связанные с ней орбиты одного объекта вокруг другого не замкнуты (как говорит ньютоновская гравитация), а движутся вперед в плоскости движения. Однако в этом нет ничего нового. Этот эффект уже наблюдался на орбите Меркурия вокруг Солнца - это было первое свидетельство, подтверждающее общую теорию относительности. Теперь точно такое же явление наблюдалось в случае звезды, вращающейся вокруг сверхмассивной черной дыры Стрельца A *, расположенной в центре нашей галактики.
Что наблюдал Очень Большой Телескоп?
В 26 000 световых лет от созвездия Стрельца расположен очень мощный источник радиоизлучения Стрелец А *. Вокруг него вращается плотное скопление звезд. Учитывая, что, по мнению ученых, Стрелец A * является сверхмассивной черной дырой с массой, превышающей массу Солнца в 4 миллиона раз, вся эта система является просто идеальной лабораторией для проверки всех теорий, описывающих гравитацию.
S2 - это одна из звезд в непосредственной близости от черной дыры, которая, вращаясь вокруг нее, приближается к ней на расстоянии около 20 миллиардов километров (в 120 раз больше расстояния от Земли до Солнца), что делает ее одним из объектов, ближайших к Стрельцу A *. В момент своего ближайшего сближения звезда путешествует в космическом пространстве со скоростью почти 3 процента скорости света. Ей требуется приблизительно 16 лет, чтобы облететь черную дыру. Анализируя движение звезды более 25 лет, ученым удалось обнаружить явную прецессию Шварцшильда в траектории S2 вокруг сверхмассивной черной дыры.
О чем заключается эта прецессия?
Большинство объектов в космическом пространстве, вращающихся вокруг других объектов, движутся по эллипсу, что означает, что каждый оборот звезда поочередно приближается и удаляется от центрального объекта. Недавние наблюдения показывают, что орбита звезды S2 является прецессией, то есть местоположением ближайшей точки орбиты относительно сверхмассивной черной дыры, она находится где-то еще на каждом обороте, поэтому весь эллипс орбиты смещен относительно предыдущего. Наложенные орбиты образуют своего рода розетку. Это движение описывается Общей теорией относительности, разработанной Альбертом Эйнштейном. Этот эффект, называемый прецессией Шварцшильда, никогда ранее не наблюдался у звезды, вращающейся вокруг сверхмассивной черной дыры.
Измерения, выполненные с помощью VLT, позволили ученым немного точнее понять окрестности черной дыры. Поскольку измерения орбиты звезды S2 очень хорошо согласуются с общей теорией относительности, ученые могут использовать их для наложения новых ограничений на количество невидимого вещества (например, темной материи или более мелких черных дыр) в непосредственной близости от Стрельца A *.
Очень большой телескоп очень хорош
Получение таких феноменальных результатов стало возможным благодаря усилиям астрономов, которые наблюдали сверхмассивную черную дыру в течение 27 лет с помощью телескопа VLT, расположенного в пустыне Атакама в Чили. Наблюдая за черной дырой с помощью VLT, астрономы использовали инструменты GRAVITY, SINFONI и NACO. VLT фактически состоит из четырех 8-метровых телескопов, которые работают вместе, чтобы сформировать один супертелескоп с разрешением одного телескопа диаметром 130 м.
Учитывая, что на один оборот вокруг черной дыры у звезды уходит 16 лет, астрономам пришлось очень точно измерить траекторию движения более 330 раз, чтобы определить ее движение после более чем двух десятилетий.
Наши предыдущие результаты показали, что свет, излучаемый звездой, также подвергается общей теории относительности (ОТО). Теперь мы доказали, что сама звезда также ощущает воздействие OTО, - говорит Пауло Гарсия из португальского Центра астрофизики и гравитации, один из ученых в проекте GRAVITY.
Будущее исследований Стрельца A *
Ученые убеждены, что когда будет запущен строящийся экстремально большой телескоп (ELT), они смогут увидеть даже более слабые звезды, движущиеся по орбите даже ближе к сверхмассивной черной дыре.
Если нам повезет, мы сможем найти звезду, которая находится достаточно близко к сверхмассивной черной дыре, чтобы измерять ее вращение, - говорит Андреас Экарт из Кельнского университета.
Если бы это действительно произошло, ученые могли бы измерить как массу, так и вращение, две особенности, которые характеризуют Стрельца A * и, таким образом, описывают пространство и время в его непосредственном окружении.
Источник: Европейская южная обсерватория (ESO)
