V roku 1915 Albert Einstein publikoval svoju slávnu teóriu všeobecnej relativity, ktorá poskytla jednotný popis gravitácie ako geometrickej vlastnosti priestoru a času. Táto teória dala vznik modernej teórii gravitácie a revolúcii v našom chápaní fyziky. Aj keď odvtedy uplynulo storočie, vedci stále experimentujú, čo potvrdzuje predpovede jeho teórie.
Vďaka nedávnym pozorovaniam tímu medzinárodných astronómov (známych ako spolupráca GRAVITY) boli účinky všeobecnej relativity odhalené pomocou Supermassive Black Hole (SMBH) prvýkrát. Tieto zistenia boli vyvrcholením 26-ročnej kampane pozorovaní SMBH v strede Mliečnej dráhy (Strelec A *) pomocou nástrojov Európskeho južného observatória (ESO).
Štúdia, ktorá popisuje zistenia tímu, sa nedávno objavila v časopise Astronómia a astrofyzikas názvom „Detekcia gravitačného červeného posunu na obežnej dráhe hviezdy S2 v blízkosti obrovskej čiernej diery v galaktickom centre“. Štúdiu viedli Roberto Arbuto z ESO a zúčastnili sa na nej členovia spolupráce GRAVITY - ktorú vedie Reinhard Genzel z Inštitútu Maxa Plancka pre mimozemskú fyziku (MPE) a ktorá zahŕňa astronómov z viacerých európskych univerzít a výskumných ústavov.
Kvôli štúdiu sa tím spoliehal na údaje zhromaždené extrémne citlivými a vysoko presnými prístrojmi VLT. Patrili medzi ne astronomický a interferometrický prístroj GRAVITY, spektrograf na pozorovanie integrovaného poľa v blízkom infračervenom (SINFONI) prístroj a systém na prispôsobenie Nasmyth optickej optiky (NAOS) - blízko infračervený zobrazovací a spektrografický prístroj (CONICA), ktoré sú spoločne známe ako NACO.
Nové infračervené pozorovania zozbierané týmito prístrojmi umožnili tímu monitorovať jednu z hviezd (S2), ktorá obieha okolo Strelca A *, keď prešiel pred čiernou dierou, ktorá sa uskutočnila v máji 2018. V najbližšom bode na jej obežnej dráhe. , hviezda bola vo vzdialenosti menšej ako 20 miliárd km (12,4 miliárd mi) od čiernej diery a pohybovala sa rýchlosťou vyššou ako 25 miliónov km / h (15 miliónov mph) - takmer tri percentá rýchlosti svetla ,
Zatiaľ čo prístroj SINFONI sa používal na meranie rýchlosti S2 smerom k Zemi a smerom od Zeme, prístroj GRAVITY v interferometri VLT (VLTI) vykonal mimoriadne presné merania meniacej sa polohy S2 s cieľom definovať tvar svojej obežnej dráhy. Prístroj GRAVITY potom vytvoril ostré obrázky, ktoré odhalili pohyb hviezdy, keď prešla blízko k čiernej diere.
Tím potom porovnával merania polohy a rýchlosti s predchádzajúcimi pozorovaniami S2 pomocou iných prístrojov. Tieto výsledky potom porovnali s predpoveďami Newtonovho zákona univerzálnej gravitácie, všeobecnej relativity a iných teórií gravitácie. Ako sa očakávalo, nové výsledky boli v súlade s predpoveďami Einsteina pred sto rokmi.
Ako uviedol Reinhard Genzel, ktorý okrem toho, že je vodcom spolupráce GRAVITY, spoluautorom dokumentu, v poslednej tlačovej správe ESO:
„Toto je druhýkrát, čo sme pozorovali úzky priechod S2 okolo čiernej diery v našom galaktickom centre. Tentoraz sme však vďaka oveľa lepšiemu prístrojovému vybavení dokázali hviezdu pozorovať s bezprecedentným rozlíšením. Na túto udalosť sa intenzívne pripravujeme už niekoľko rokov, pretože sme chceli využiť túto jedinečnú príležitosť na pozorovanie všeobecných relativistických účinkov. “
Pri pozorovaní pomocou nových prístrojov VLT tím zaznamenal efekt nazývaný gravitačný červený posun, kde svetlo prichádzajúce z S2 zmenilo farbu, keď sa priblížilo k čiernej diere. Bolo to spôsobené veľmi silným gravitačným poľom čiernej diery, ktoré natiahlo vlnovú dĺžku hviezdneho svetla a spôsobilo, že sa posunul smerom k červenému koncu spektra.
Zmena vlnovej dĺžky svetla z S2 presne súhlasí s tým, čo predpovedala Einsteinova rovnica poľa. Ako Frank Eisenhauer - výskumný pracovník z Inštitútu mimozemskej fyziky Maxa Plancka, hlavného výskumného pracovníka GRAVITY a spektrografu SINFONI a spoluautor štúdie - uviedol:
“Naše prvé pozorovania S2 s GRAVITY asi pred dvoma rokmi už ukázali, že by sme mali ideálne laboratórium na čierne diery. Počas blízkeho priechodu sme na väčšine obrazov mohli dokonca zistiť slabú žiaru okolo čiernej diery, čo nám umožnilo presne sledovať hviezdu na jej obežnej dráhe, čo nakoniec viedlo k detekcii gravitačného červeného posunu v spektre S2.”
Zatiaľ čo sa vykonali ďalšie testy, ktoré potvrdili Einsteinove predpovede, je to prvýkrát, keď sa účinky všeobecnej relativity pozorovali pri pohybe hviezdy okolo supermasívnej čiernej diery. V tejto súvislosti sa Einstein opäť osvedčil pomocou jedného z najextrémnejších laboratórií doteraz! Navyše potvrdilo, že testy s relativistickými účinkami môžu poskytnúť konzistentné výsledky v čase a priestore.
„Tu v slnečnej sústave môžeme teraz a za určitých okolností otestovať fyzikálne zákony,“ povedala Françoise Delplancke, vedúca oddelenia inžinierstva systémov spoločnosti ESO. „V astronómii je preto veľmi dôležité skontrolovať, či sú tieto zákony stále platné tam, kde sú gravitačné polia oveľa silnejšie.“
V blízkej budúcnosti bude možný ďalší relativistický test, keď sa S2 vzdiali od čiernej diery. Toto je známe ako Schwarzschildova precesia, pri ktorej sa očakáva, že hviezda zažije na svojej obežnej dráhe malú rotáciu. GRAVITY Collaboration bude monitorovať S2, aby tiež pozoroval tento efekt, a opäť sa bude spoliehať na veľmi presné a citlivé prístroje VLT.
Ako uviedol Xavier Barcons (generálny riaditeľ ESO), tento cieľ sa dosiahol vďaka duchu medzinárodnej spolupráce, ktorú predstavuje spolupráca GRAVITY, a nástrojov, ktoré pomohli ESO pri vývoji:
„ESO spolupracuje s Reinhardom Genzelom a jeho tímom a spolupracovníkmi v členských štátoch ESO viac ako štvrť storočia. Bolo obrovskou výzvou vyvinúť jedinečne silné nástroje potrebné na vykonanie týchto veľmi citlivých meraní a nasadiť ich na VLT v Paranale. Objav dnes oznámený je veľmi vzrušujúcim výsledkom pozoruhodného partnerstva. “
Nezabudnite sa pozrieť na toto video úspešného testu spolupráce GRAVITY Collaboration, so súhlasom ESO:
