Године 1915. Алберт Еинстеин објавио је своју чувену Теорију опште релативности, која је пружила јединствени опис гравитације као геометријског својства простора и времена. Ова теорија је довела до модерне теорије гравитације и револуционирала наше разумевање физике. Иако је од тада прошло век, научници још увек спроводе експерименте који потврђују предвиђања његове теорије.
Захваљујући недавним запажањима тима међународних астронома (познатих као ГРАВИТИ колаборација), ефекти Опште релативности откривени су користећи Супермасивни црни отвор (СМБХ) по први пут. Ови налази су кулминација 26-годишње кампање посматрања СМБХ у центру Млечног пута (Стрелац А *) користећи инструменте Европске јужне опсерваторије (ЕСО).
Студија која описује налазе тима недавно се појавила у часопису Астрономија и астрофизика, под називом „Детекција гравитационог црвеног померања у орбити звезде С2 у близини масивне црне рупе Галактичког центра“. Студију је водио Роберто Арбуто из ЕСО-а и укључивао је чланове из ГРАВИТИ сарадње - коју води Реинхард Гензел из Института Мак Планцк за ванземаљску физику (МПЕ) и укључује астронома са више европских универзитета и истраживачких института.
За време своје студије, тим се ослањао на податке прикупљене изузетно осетљивим и високо прецизним инструментима ВЛТ-а. Они укључују ГРАВИТИ астрометријски и интерферометријски инструмент, Спектрограф за проматрање поља унутар интегрисаног (СИНФОНИ) инструмента и Насмитх-ов прилагодљиви оптички систем (НАОС) - инструмент блиског инфрацрвеног светла и спектрограф (ЦОНИЦА), који су заједно познати као НАЦО.
Нова инфрацрвена опажања прикупљена овим инструментима омогућила су тиму да надгледа једну од звезда (С2) која орбитира око Стрелца А * док је прошао испред црне рупе - која се догодила у мају 2018. године. У најближој тачки њене орбите , звезда је била на удаљености мањој од 20 милијарди км (12,4 милијарде ми) од црне рупе и кретала се брзином већом од 25 милиона км / х (15 милиона мпх) - скоро три процента брзине светлости .
Док се инструмент СИНФОНИ користио за мерење брзине С2 према Земљи и даље од ње, инструмент ГРАВИТИ у ВЛТ интерферометру (ВЛТИ) вршио је изузетно прецизна мерења променљивог положаја С2 како би се дефинисао облик његове орбите. ГРАВИТИ инструмент је тада створио оштре слике које су откривале кретање звезде док је пролазила близу црне рупе.
Тим је затим упоредио мерења положаја и брзине са претходним опажањима С2 користећи друге инструменте. Затим су упоредили те резултате са предвиђањима Невтоновог закона универзалне гравитације, опште релативности и другим теоријама гравитације. Као што се очекивало, нови резултати били су у складу са предвиђањима које је дао Аинстеин пре више од једног века.
Као што је Реинхард Гензел, који је поред тога што је био лидер сарадње ГРАВИТИ, био коаутор текста, објаснио је у недавном саопштењу за ЕСО:
„Ово је други пут да смо приметили блиски пролаз С2 око црне рупе у нашем галактичком центру. Али овог пута, због много побољшане инструментације, успели смо да посматрамо звезду са невиђеном резолуцијом. Ми смо се интензивно припремали за овај догађај током неколико година, јер смо желели да искористимо ову јединствену прилику да посматрамо опште релативистичке ефекте. “
Када су посматрани са ВЛТ-овим новим инструментима, тим је приметио ефекат назван гравитациона црвена промена, где је светлост која долази из С2 мењала боју како се приближавала црној рупи. То је узроковано веома јаким гравитационим пољем црне рупе, које је протезало таласну дужину светлости звезде, узрокујући да се она помери према црвеном крају спектра.
Промјена таласне дужине светлости из С2 тачно се слаже са оним што је Аинстеинова једначина поља предвиђала. Као што је Франк Еисенхауер - истраживач са Института за ванземаљску физику Мака Планцка, главни истраживач ГРАВИТИ-а и спектрографа СИНФОНИ, и коаутор студије:
“Наша прва запажања С2 са ГРАВИТИ-ом пре отприлике две године већ су показала да бисмо имали идеалну лабораторију за црне рупе. Током блиског пролаза могли смо чак да откријемо слаб сјај око црне рупе на већини слика, што нам је омогућило да прецизно пратимо звезду на њеној орбити, што у коначници доводи до детекције гравитационог црвеног померања у спектру С2.”
Док су обављени други тестови који су потврдили Аинстеинова предвиђања, ово је први пут да су ефекти Опште релативности примећени у кретању звезде око супермасивне црне рупе. У том погледу, Еинстеин се још једном показао у праву, користећи једну најекстремнију лабораторију до сада! Штавише, потврдило се да тестови који укључују релативистичке ефекте могу дати доследне резултате у времену и простору.
„Овде у Сунчевом систему можемо само тестирати законе физике сада и под одређеним околностима“, рекла је Францоисе Делпланцке, шефица одељења за системски инжењеринг у ЕСО. „Зато је у астрономији веома важно да се провери да ли су ти закони и даље важни тамо где су гравитациона поља веома јача“.
У блиској будућности биће могућ још један релативистички тест док се С2 удаљава од црне рупе. То је познато као Сцхварзсцхилдова прецесија, где се очекује да ће звезда доживети малу ротацију у својој орбити. ГРАВИТИ Сурадња надгледаће С2 како би и овај ефекат уочио, још једном се ослањајући на ВЛТ-ове врло прецизне и осетљиве инструменте.
Као што је Ксавиер Барцонс (генерални директор ЕСО-а) наговестио, ово достигнуће је омогућено захваљујући духу међународне сарадње представљеној сарадњи ГРАВИТИ и инструментима који су помогли ЕСО-у да се развије:
„ЕСО је сарађивао са Реинхардом Гензел-ом и његовим тимом и сарадницима у државама чланицама ЕСО више од четврт века. Био је огроман изазов развити јединствене снажне инструменте потребне за вршење ових врло деликатних мерења и њихово постављање на ВЛТ-у у Параналу. Данас откриће је веома узбудљив резултат изузетног партнерства. “
Обавезно погледајте овај видео успешног теста ГРАВИТИ колаборације, љубазношћу ЕСО-а:
