Dzięki blisko trzydziestoletnim obserwacjom naukowcy prześledzili dokładnie ruch gwiazdy wokół supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej. Wyniki pasują do przewidywań ogólnej teorii względności Alberta Einsteina, a nie do elipsy opisywanej przez grawitację newtonowską – informuje ESO.
Ogólna teoria względności przewiduje, że orbita gwiazdy krążącej blisko czarnej dziury nie będzie zamknięta, ale będzie ulegać przesuwaniu (precesji) do przodu w płaszczyźnie ruchu. Efekt ten po raz pierwszy zaobserwowano w przypadku Merkurego w jego ruchu dookoła Słońca, co było bardzo wczesnym dowodem na korzyść teorii względności. Teraz naukowcom udało się zaobserwować dokładnie taki sam efekt, ale w przypadku gwiazdy krążącej blisko supermasywnej czarnej dziury.
W centrum naszej galaktyki, 26 tysięcy lat świetlnych od Ziemi, znajduje się radioźródło Sagittarius A*. Astronomowie sądzą, że obiekt ten jest supermasywną czarną dziurą. Obok niego znajduje się gęsta gromada gwiazd. To świetne laboratorium do testowania teorii fizycznych opisujących grawitację, gdyż tak ekstremalnych warunków nie jesteśmy w stanie wytworzyć na Ziemi.
Jedna z gwiazda - nazwana S2, ma taką orbitę, że zbliża się do czarnej dziury na odległość mniejszą niż 20 miliardów kilometrów (pawie 120 razy dystans Ziemia-Słońce). Porusza się wtedy z prędkością równą 3 proc. prędkości światła.
„Śledząc gwiazdę na jej orbicie przez ponad dwie i pół dekady, nasze wyjątkowe pomiary wyraźnie wykryły precesję Schwarzschilda w trajektorii ruchu S2 wokół obiektu Sagittarius A*” - mówi Stefan Gillessen z MPE, który kierował analizą pomiarów opublikowaną dzisiaj w czasopiśmie „Astronomy & Astrophysics”.
Gwiazdy i planety zwykle mają orbity eliptyczne, a nie kołowe. W związku z tym ich odległość od obiektu, wokół którego krążą, zmienia się. Orbita gwiazdy S2 ulega precesji, co oznacza, że położenie jej najbliższego punktu względem supermasywnej czarnej dziury zmienia się za każdym okrążeniem. Kolejna orbita jest obrócona względem poprzedniej, rysując kształt rozety.
Ogólna teoria względności dokładnie opisuje jak przebiegają zmiany orbity. Najnowsze pomiary bardzo dobrze pasują do tych przewidywań. Efekt ten zwany jest precesją precesja Schwarzschilda i nigdy wcześniej nie był obserwowany w przypadku gwiazdy poruszającej się wokół supermasywnej czarnej dziury.
Obserwacje były prowadzone przez 27 lat, głównie przy pomocy Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) w Obserwatorium Paranal należącym do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO). Wykonano łącznie 330 pomiarów, korzystając z instrumentów GRAVITY, SINFONI i NACO na teleskopie VLT. Dla odkrycia zawiłości ruchu orbitalnego kluczowa była też długotrwałość obserwacji, gdyż pełne pokonanie orbity przez gwiazdę S2 zajmuje wiele lat.
Badania przeprowadził międzynarodowy zespół, którym kierował Frank Eisenhauer z Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) w Garching (Niemcy), ze współpracownikami z Francji, Portugalii, Niemiec i Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO). Naukowcy współpracowali w ramach projektu o nazwie GRAVITY (nazwa taka sama jak instrument, który opracowali dla interferometru VLT).
Wcześniej - w 2018 roku - ten sam zespół ogłosił obserwacje innego efektu przewidywanego przez ogólną teorię względności. Udało się dostrzec, że światło od S2 jest rozciągnięte do dłuższych fal, gdy obiekt przechodzi blisko obiektu Sagittarius A*.
Naukowcy wskazują, że wtedy pokazali, że światło od gwiazdy doświadcza efektów przewidywanych przez ogólną teorię względności, a teraz dowiedli także, że sama gwiazda również odczuwa te efekty.
Sam wynik jest też dodatkowym argumentem za tym, że w centrum galaktyki rzeczywiście znajduje się supermasywna czarna dziura. Dodatkowo pozwala nałożyć ograniczenia na to jak dużo niewidocznej materii (np. ciemna materia, albo potencjalne mniejsze czarne dziury) znajduje się w okolicach obiektu Sagittarius A*.
Astronomowie mają nadzieję, że budowane obecnie olbrzymie teleskopy, takie jak Ekstremalnie Wielki Teleskop (ELT), pozwolą dostrzec znacznie słabsze gwiazdy krążące jeszcze bliżej supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej. Być może kiedyś uda się nawet zobaczyć tak bliskie, że będą odczuwały rotację (spin) czarnej dziury.
Więcej informacji - na stronach:
https://www.eso.org/public/poland/news/eso2006/
https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso2006/eso2006a.pdf
cza/ zan/
Fundacja PAP zezwala na bezpłatny przedruk artykułów z Serwisu Nauka w Polsce pod warunkiem mailowego poinformowania nas raz w miesiącu o fakcie korzystania z serwisu oraz podania źródła artykułu. W portalach i serwisach internetowych prosimy o zamieszczenie podlinkowanego adresu: Źródło: naukawpolsce.pl, a w czasopismach adnotacji: Źródło: Serwis Nauka w Polsce - naukawpolsce.pl. Powyższe zezwolenie nie dotyczy: informacji z kategorii "Świat" oraz wszelkich fotografii i materiałów wideo.
