1915-ben Albert Einstein közzétette híres általános relativitáselméletét, amely egységes leírást adott a gravitációról, mint a tér és az idő geometriai tulajdonsága. Ez az elmélet adta a modern gravitációs elméletet, és forradalmasította a fizika megértését. Noha egy évszázad telt el azóta, a tudósok továbbra is kísérleteket végeznek, amelyek megerősítik az elmélet előrejelzéseit.
A nemzetközi csillagászok egy közelmúltbeli megfigyeléseinek köszönhetően (a GRAVITY együttműködés néven ismert) az általános relativitás hatásait már a Supermassive Black Hole (SMBH) segítségével fedezték fel először. Ezek az eredmények a Tejút központjában (Nyilas A *) működő SMBH 26 éves megfigyelési kampányának csúcspontját képezték az Európai Déli Megfigyelő Intézet (ESO) eszközeivel.
A csoport megállapításait leíró tanulmány a közelmúltban jelent meg a folyóiratban Csillagászat és asztrofizika, melynek címe: „A gravitációs vöröseltolódás észlelése az S2 csillag pályáján a galaktikus központ masszív fekete lyuk közelében”. A tanulmányt Roberto Arbuto vezette az ESO-ból, és tagjai voltak a GRAVITY együttműködésnek - amelyet Reinhard Genzel vezet a Max Planck Földön kívüli Fizikai Intézet (MPE) vezetéséből, és több európai egyetem és kutatóintézet csillagászaival foglalkozik.
Vizsgálataik érdekében a csapat a VLT rendkívül érzékeny és nagy pontosságú műszereinek összegyűjtött adataira támaszkodott. Ide tartoznak a GRAVITY asztrometrikus és interferometriai műszer, a közeli infravörös integrált terepi megfigyelések spektrográfja (SINFONI) és a Nasmyth adaptív optikai rendszer (NAOS) - közeli infravörös kép és spektrográf (CONICA) eszköz, amelyeket együttesen ismertek. NACO.
Az ezekkel a műszerekkel összegyűjtött új infravörös megfigyelések lehetővé tették a csapat számára, hogy megfigyelje az egyik csillagot (S2), amely a Nyilas A * körüli körüli körüli pályán halad át a fekete lyuk előtt - amely 2018. májusában zajlott. A pályája legközelebbi pontján , a csillag kevesebb, mint 20 milliárd km (12,4 milliárd mérföld) távolságra volt a fekete lyuktól, és 25 millió km / h-t (15 millió mph) meghaladó sebességgel haladt - a fénysebesség csaknem három százaléka. .
Míg a SINFONI műszert használták az S2 sebességének mérésére a Föld felé és távol a Földtől, addig a GRAVITY műszer a VLT Interferométerben (VLTI) rendkívül pontos méréseket végez az S2 helyzetének megváltoztatására annak körpályájának meghatározása céljából. A GRAVITY hangszer ezután éles képeket készített, amelyek feltárták a csillag mozgását, amikor a fekete lyuk felé haladt.
Ezután a csapat összehasonlította a helyzet és a sebesség mérését az S2 korábbi megfigyeléseivel más eszközökkel. Ezután ezeket az eredményeket összehasonlították a Newton által az univerzális gravitációról szóló törvény, az általános relativitáselmélet és más gravitációs elméletek előrejelzéseivel. A várakozások szerint az új eredmények megegyeztek az Einstein egy évszázaddal ezelőtti előrejelzéseivel.
Ahogyan Reinhard Genzel, aki a GRAVITY együttműködés vezetője mellett volt a papír társszerzője, egy nemrégiben megjelent ESO sajtóközleményben kifejtette:
„Ez a második alkalom, amikor megfigyeljük az S2 szoros áthaladását galaktikus központunk fekete lyukának körül. De ezúttal, a sokkal továbbfejlesztett műszerezés miatt, példátlan felbontású képességgel tudtuk megfigyelni a csillagot. Több éven keresztül intenzíven felkészülünk erre az eseményre, mivel a lehető legnagyobb mértékben kihasználtuk ezt az egyedülálló lehetőséget, hogy megfigyeljük az általános relativista hatásokat. ”
Amikor a VLT új műszereivel megfigyelték, a csoport észlelte a gravitációs vöröseltolódásnak nevezett hatást, ahol az S2-ből származó fény színe megváltozott, amikor közelebb húzódott a fekete lyukhoz. Ezt a fekete lyuk nagyon erős gravitációs tere okozta, amely megnyújtotta a csillag fényének hullámhosszát, és ez a spektrum vörös vége felé tolódott el.
A fény hullámhosszának az S2-től való változása pontosan megegyezik azzal, amit Einstein a mező egyenletében megjósolt. Ahogyan Frank Eisenhauer - a Max Planck Földönkívüli Fizikai Intézet kutatója, a GRAVITY és a SINFONI spektrográfia fő kutatója, valamint a tanulmány társszerzője - jelezte:
“Az S2-vel kapcsolatos első megfigyeléseink a GRAVITY-val, kb. Két évvel ezelőtt, már azt mutatták, hogy ideális lesz a fekete lyuk laboratóriuma. A közeli áthaladás során a kép nagy részén még a fekete lyuk körül elhalványuló halvány fényt is észleltünk, amely lehetővé tette számunkra, hogy pontosan kövessük a csillagot a pályáján, és végül a gravitációs vöröseltolódás detektálásához vezet az S2 spektrumában.”
Míg más teszteket végeztek, amelyek megerősítették Einstein előrejelzéseit, ez az első alkalom, amikor a csillag egy szupermasszív fekete lyuk körül történő mozgásakor megfigyelték az általános relativitás hatásait. Ebben a tekintetben Einsteinnek ismét bebizonyosodott az egyik legszélsőségesebb laboratóriuma! Sőt, megerősítette, hogy a relativista hatásokkal járó tesztek konzisztens eredményeket adhatnak időben és térben.
"Itt, a Naprendszerben, csak a fizikai törvényeket tesztelhetjük most és bizonyos körülmények között" - mondta Françoise Delplancke, az ESO Rendszermérnöki Tanszékének vezetője. "Tehát a csillagászatban nagyon fontos azt is ellenőrizni, hogy azok a törvények továbbra is érvényesek-e, ahol a gravitációs mezők sokkal erősebbek."
A közeljövőben újabb relativista teszt lesz lehetséges, mivel az S2 elmozdul a fekete lyuktól. Ezt Schwarzschild-precessziónak nevezik, ahol a csillagnak várhatóan kicsi forgása lesz pályáján. A GRAVITY együttműködés figyelemmel kíséri az S2-et, hogy megfigyelje ezt a hatást, ismét támaszkodva a VLT nagyon pontos és érzékeny műszereire.
Amint Xavier Barcons (az ESO főigazgatója) rámutatott, ez a megvalósítás a GRAVITY együttműködés által képviselt nemzetközi együttműködés szellemének és az ESO fejlesztésében segített eszközöknek köszönhető.
„Az ESO több mint egynegyede évszázadon keresztül együtt dolgozott Reinhard Genzel és csapata, valamint az ESO tagállamainak kollégái között. Nagyon nagy kihívás volt az egyedülállóan hatékony eszközök kifejlesztése, amelyek szükségesek ezeknek a nagyon kényes méréseknek a végrehajtásához és a Paranal VLT-ben történő telepítéséhez. A ma bejelentett felfedezés a figyelemre méltó partnerség nagyon izgalmas eredménye. ”
És feltétlenül nézd meg ezt a videót a GRAVITY Collaboration sikeres tesztjéről, az ESO jóvoltából:
