Астрономы впервые выявили предсказанные Общей теорией относительности Эйнштейна особенности движения звезды в крайне сильном гравитационном поле сверхмассивной черной дыры.


Новые инфракрасные наблюдения, выполненные с исключительно чувствительными приемниками на Очень Большом Телескопе (VLT) Европейской южной обсерватории (ESO), позволили астрономам отследить движение одной из звезд в окрестностях сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути.

В ближайшей точке звезда находилась на расстоянии менее 20 миллиардов километров от нее и двигалась со скоростью свыше 25 миллионов километров в час, что составляет почти три процента скорости света.

«Уже во второй раз мы наблюдаем прохождение этой звезды в непосредственной близости к черной дыре в центре нашей Галактики. Но в этот раз благодаря усовершенствованию параметров инструментов мы смогли увидеть звезду с небывалым разрешением. Мы несколько лет интенсивно готовились к этому событию, так как хотели извлечь максимум информации из представившейся нам уникальной возможности», – рассказывает Рейнхард Генцель из Института внеземной физики Макса Планка (Германия), возглавлявший наблюдения.



В 26 000 световых лет от нас, в центре Млечного Пути, скрытая плотными облаками пыли, лежит ближайшая к Земле сверхмассивная черная дыра. Этот гравитационный монстр массой в четыре миллиона Солнц окружен небольшой группой звезд, которые обращаются вокруг него с высокой скоростью.

Столь экстремальная среда – область самого сильного гравитационного поля в нашей Галактике – является идеальным местом для исследования физики тяготения, и в частности для проверки Общей теории относительности Альберта Эйнштейна.

«В Солнечной системе мы можем проверять выполнение законов физики только в данный момент и при определенных условиях. И поэтому для астрономии так важно убедиться, что эти же законы выполняются и в случае гораздо более сильных гравитационных полей», – добавила Франсуа Дельпланк, глава Отдела системной инженерии ESO.

В своей работе, представленной в журнале Astronomy & Astrophysics, ученые описывают наблюдения звезды S2, которая совершает один оборот вокруг черной дыры за 16 земных лет по очень эксцентричной орбите. При максимальном приближении к сверхмассивному монстру S2 оказывается на расстоянии не более двадцати миллиардов километров от него, что всего в 120 раз больше, чем расстояние от Земли до Солнца, или вчетверо больше, чем расстояние от Солнца до Нептуна.



Для определения формы орбиты S2 группа на протяжении нескольких лет проводила сверхточные измерения движения звезды по направлению к и прочь от Земли, а также изменения ее положения в пространстве. Разрешение последних изображений, полученных с помощью усовершенствованных инструментов ESO, было настолько велико, что смещение S2 можно было измерять от ночи к ночи.

Затем исследователи сравнили собранные за 26 лет данные с предсказаниями, сделанными на основе ньютоновской теории тяготения, Общей теории относительности и других. В итоге оказалось, что полученные результаты не согласуются с теорией Ньютона, но находятся в прекрасном соответствии с предсказаниями Эйнштейна.

Новые измерения ясно продемонстрировали эффект, называемый гравитационным красным смещением: очень сильное гравитационное поле черной дыры растягивает световые волны, испускаемые звездой, делает их более длинными. Изменение длины волны света, приходящего от S2, в точности согласуется с предсказаниями немецкого физика-теоретика.


Итак, спустя более чем сто лет после того, как Альберт Эйнштейн опубликовал свой труд, астрономы еще раз подтвердил его правоту – в лаборатории, гораздо более фантастической, чем он мог себе представить!

Теперь, когда S2 начинает удаляться от черной дыры, планируется продолжение наблюдений. Предполагается, что очень скоро удастся выявить и другой релятивистский эффект: незначительное вращение орбиты звезды, известное как прецессия Шварцшильда. Источник