Очередная победа теории относительности Альберта Эйнштейна - ученые сообщают о первом в истории обнаружении "прецессии Шварцшильда" вокруг черной дыры.
Звезда, пирущая вокруг супермассивной черной дыры в центре Млечного Пути нашей галактики, подтвердила ключевую часть теории общей относительности Альберта Эйнштейна. Звезда, называемая S2, похожа на "точный зонд гравитационного поля вокруг ближайшей массивной черной дыры", согласно исследованию, опубликованному в четверг в журнале Astronomy & Astrophysics (Астрономия и астрофизика).
Десятилетиями ученые смотрели на S2, вращающуюся по орбите Стрельца А*, нашего галактического центра, который занимает черная дыра с приблизительной массой в четыре миллиона Солнц.
S2 - это идеальная природная лаборатория для проверки некоторых предсказаний Эйнштейна об окружающей среде вблизи чрезвычайно массивных объектов, включая явление, называемое прецессией Шварцшильда. Эта прецессия происходит, когда объект находится на очень близкой орбите с гораздо более массивным объектом. Вместо того, чтобы прослеживать ту же эллиптическую орбиту, что и в ньютоновской физике, общая относительность предсказывает, что меньший объект будет иметь орбиту в форме трафаретной розетки, из-за кривизны пространства-времени вокруг массивного объекта.
Сто лет назад Эйнштейн выяснил, что орбита Меркурия преобразуется в эту розетку из-за влияния Солнца на пространство и время. Теперь команда ученых, известная как "ГРАВИТИЯ", обнаружила такой же узор в гораздо более широком масштабе.
"Мы повторяем те же эксперименты, что и тогда ставил Альберт Эйнштейн, один из величайших ученых в мировой истории, - сказал в своем выступлении Франк Эйзенхауэр, старший научный сотрудник Института внеземной физики имени Макса Планка, - Но сейчас мы делаем это с черной дырой."
Группа названа в честь прибора GRAVITY на Очень большом телескопе (VLT) Европейской южной обсерватории в Чили. С момента своего первого ввода в эксплуатацию в 2017 году GRAVITY объединил свет от четырех телескопов VLT и стал "супертелескопом", способным резко разрешать орбиту S2 вокруг Стрельца А*.
Наблюдения с помощью приборов GRAVITY и других современных приборов привели к "первому прямому обнаружению" прецессии Шварцшильда в районе Стрельца А*, согласно исследованию. S2 орбиты в той же розетке вокруг галактического центра, что и Меркурий вокруг Солнца, что вновь подтверждает теории Эйнштейна.
Это второе основное подтверждение общей относительности по шкале черных дыр в сотрудничестве GRAVITY. Инструмент появился в сети как раз вовремя, чтобы посмотреть, как S2 приближается к черной дыре в мае 2018 года. Звезда прошла в радиусе 20 миллиардов километров от Стрельца А*, что всего в четыре раза превышает орбиту Нептуна вокруг Солнца. В результате интенсивных гравитационных сил вблизи черной дыры S2 за время прохождения ускорилась до трех процентов скорости света.
Наблюдения из этого события показали, что гравитационное поле черной дыры растягивает свет от S2 на более длинные волны, вызывая его покраснение с нашей точки зрения. Этот эффект, известный как гравитационное красное смещение, был еще одним предсказанием релятивистских эффектов во времени и пространстве.
"Гравитационный красный сдвиг зондирует временную часть, и эта орбита, как звезда движется в пространстве, зондирует космическую часть", - сказал Эйзенхауэр. "Пока что она явно хорошо держится. Эйнштейн прав".
Несмотря на то, насколько хорошо она проходила испытания до сих пор, общая относительность в конечном итоге может быть доведена до своих пределов будущими наблюдениями звезд вблизи галактического центра. Если более слабые звезды находятся еще ближе к Стрельцу A*, чем к S2, возможно, с орбитами, измеряемыми месяцами, а не годами, то новое поколение чрезвычайно больших телескопов, которые появятся в этом десятилетии, возможно, сможет их заметить.
Эти звезды могут быть достаточно близко к черной дыре, чтобы показывать признаки вращения самого пространства-времени. "Звезда не только сделает розетку, но так как все пространство вращается, звезда будет вращаться вместе с пространством", - пояснил Айзенхауэр.
"Тогда мы можем оказаться в ситуации, когда мы действительно увидим отклонения от теории Эйнштейна, потому что концептуально мы знаем, что теория Эйнштейна не может правильно описать все. Мы знаем, что когда весы становятся очень маленькими, это не сочетается с квантовой физикой." - говорит он.
В ближайшие годы и десятилетия ученые вполне могут найти одну из этих смелых звезд с орбитой настолько близкой к Стрельцу A*, что она раскроет некоторые из самых загадочных секретов черных дыр и лежащих в их основе правил Вселенной.
