16.4K
Используя Очень Большой Телескоп (VLT) Европейской южной обсерватории (ESO), астрономы впервые смогли показать, что звезда, обращающаяся вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, двигается в точном соответствии с предсказаниями Общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Орбита светила образует «розетку», а не эллипс, который соответствовал бы ньютоновской теории гравитации. Этот долгожданный результат получен из измерений, проводившихся со все увеличивающейся точностью на протяжении более 30 лет и позволивших ученым разгадать многие из загадок «монстра», притаившегося в сердце нашей Галактики. Результаты исследлвания представлены в журнале Astronomy & Astrophysics.
«Общая теория относительности предсказывает, что орбита объекта, движущегося в поле тяготения другого объекта, не замкнута, как в случае ньютоновского тяготения, а прецессирует в плоскости орбиты в направлении движения. Этот знаменитый эффект, впервые наблюдавшийся на примере орбиты Меркурия вокруг Солнца, когда-то был первым экспериментальным подтверждением выводов знаменитого физика-теоретика. Спустя сто лет мы зарегистрировали тот же эффект в движении звезды вокруг компактного радиоисточника Стрелец A* в центре Млечного Пути. Этот наблюдательный прорыв дает очередное доказательство того, что Стрелец A* является сверхмассивной черной дырой с массой в 4 миллиона солнечных», – рассказывает Райнхард Генцель из Института внеземной физики Макса Планка (Германия), автор 30-летней исследовательской программы, которая привела к этому результату.
Объект Стрелец A*, расположенный в 26 тысячах световых лет от нас, и плотное звездное скопление вокруг него – уникальная природная лаборатория для тестирования физических законов в области экстремальных полей тяготения. Одна из звезд этого скопления, S2, в ближайшей точке своей орбиты подходит к сверхмассивной черной дыре на расстояние менее 20 миллиардов километров. Это одно из самых тесно сближающихся с гравитационным «монстром» светил. В точке наибольшего сближения S2 несется в пространстве со скоростью, составляющей почти три процента скорости света, делая один орбитальный оборот за 16 земных лет.
«Отслеживая движение звезды S2 по орбите вокруг объекта Стрелец A* в течение более двух с половиной десятилетий, мы выполнили тщательнейшие измерения, которые со всей определенностью показали наличие шварцшильдовской прецессии», – отметил Штефан Гиллессен из Института внеземной физики Макса Планка, который проанализировал полученные измерения.
Большинство звезд и планет имеет некруговые орбиты, и поэтому, двигаясь по ним, оказываются то ближе к центральному объекту, то дальше от него. Орбита звезды S2 прецессирует, а это означает, что положение точки ее наименьшего удаления от сверхмассивной черной дыры меняется – каждый следующий виток орбиты поворачивается по отношению к предыдущему на определенный угол, и все эти витки образуют что-то вроде розетки. Общая теория относительности точно предсказывает, насколько сдвигается орбита, и последние измерения, выполненные астрономами, в точности ей соответствуют. Данный эффект, известный как прецессия Шварцшильда, никогда ранее не измерялся для звезды вблизи сверхмассивной черной дыры.
Кроме этого, проведенные наблюдения помогут ученым узнать больше об окрестностях сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики.
«Так как измерения движения звезды S2 хорошо укладываются в Общую теорию относительности, мы можем наложить более жесткие ограничения на количество невидимого вещества, например, равномерно распределенной темной материи или черных дыр меньшего размера, в окрестностях Стрельца A*. Это представляет огромный интерес для понимания механизма образования и эволюции сверхмассивных черных дыр», – пояснили авторы исследования.
Полученный результат венчает 27 лет наблюдений звезды S2. Само количество полученных данных о положениях и скорости светила говорит о степени тщательности и точности нового исследования: группа выполнила в общей сложности более 330 измерений. Так как оборот S2 вокруг сверхмассивной черной дыры занимает несколько лет, для выявления особенностей ее орбитального движения очень важно было отслеживать его около трех десятилетий.
В 2018 году эта же группа астрономов сообщила об обнаружении другого эффекта, предсказываемого Общей теорией относительности: они измерили увеличение длины волны света, принимаемого от звезды S2, вызванное ее прохождением звезды вблизи Стрельца A*.
«Наш предыдущий результат показал, что свет, излучаемый звездой, подчиняется законам Общей теории относительности. Теперь мы продемонстрировали, что и сама звезда в своем движении подчиняется этим законам», – добавил Пауло Гарсия, исследователь из португальского Центра астрофизики и гравитации.
Астрономы надеются, что, когда вступит в строй Чрезвычайно Большой Телескоп (ELT), они смогут увидеть гораздо более слабые звезды, орбиты которых проходят еще ближе к сверхмассивной черной дыре.
«Если нам повезет, мы сможем зарегистрировать звезды, настолько близко подходящие к черной дыре, что это позволит нам определить параметры ее вращения. В этом случае нам станут известны оба основных параметра, масса и спин, целиком определяющие черную дыру Стрелец A* и свойства пространства-времени вокруг нее. Это будет совершенно другой уровень проверки Общей теории относительности», – заключили авторы исследования.