Η γενική σχετικότητα του Αϊνστάιν περνά τη δοκιμή και των μαύρων οπών

Στο κέντρο του Γαλαξία μας βρίσκεται μια μαύρη τρύπα 4 εκατομμυρίων ηλιακών μαζών που ονομάζεται Τοξότης Α *. Αυτό το βαρυτικό τέρας περιβάλλεται από μια ομάδα αστέρων που περιστρέφονται γύρω από αυτήν με μεγάλη ταχύτητα. Αυτό το ακραίο περιβάλλον το καθιστά ιδανικό μέρος για να εξερευνηθεί η φυσική της βαρύτητας και ιδιαίτερα για να δοκιμαστεί η θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν. Νέες παρατηρήσεις από τρία ευαίσθητα όργανα στο Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο, επέτρεψαν τώρα στους αστρονόμους να ακολουθήσουν ένα από αυτά τα αστέρια, το S2, καθώς πέρασε πολύ κοντά στον Τοξότη A* τον Μάιο του 2018. Στο πλησιέστερο σημείο το S2 ήταν σε απόσταση περίπου 20 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα από τη μαύρη τρύπα και κινούνταν με ταχύτητα άνω των 15,5 εκατομμυρίων χιλιομέτρων ανά ώρα – σχεδόν 2,5% της ταχύτητας του φωτός.

 

Αυτή η προσομοίωση δείχνει τις τροχιές των αστέρων πολύ κοντά στον Τοξότη A* στην καρδιά του Γαλαξία. Ένα από αυτά τα αστέρια, το S2, κάνει μια τροχιά  κάθε 16 χρόνια και πέρασε πολύ κοντά στη μαύρη τρύπα τον Μάιο του 2018.

Αυτή ήταν η δεύτερη φορά που παρατηρήσαμε το στενό πέρασμα του άστρου S2 γύρω από τη μαύρη τρύπα στο κέντρο του Γαλαξία. «Αλλά αυτή τη φορά, λόγω των πολύ βελτιωμένων οργάνων, είχαμε τη δυνατότητα να παρατηρήσουμε το αστέρι με μία άνευ προηγουμένου ανάλυση,  με το όργανο SINFONI για τη μέτρηση της ταχύτητας του S2 προς και από τη Γη και το όργανο GRAVITY για να κάνουν εξαιρετικά ακριβείς μετρήσεις της αλλαγής θέσης του αστεριού, του σχήματος της τροχιάς του.

 

Στη συνέχεια οι ερευνητές συνέκριναν τις μετρήσεις τους, μαζί με προηγούμενες παρατηρήσεις του S2 χρησιμοποιώντας άλλα όργανα, με τις προβλέψεις της Νευτώνιας βαρύτητας, της γενικής σχετικότητας και άλλων θεωριών της βαρύτητας.

 

Τα νέα αποτελέσματα είναι ασυμβίβαστα με τις προβλέψεις του Νεύτωνα και σε εξαιρετική συμφωνία με τις προβλέψεις της γενικής σχετικότητας.

 

Μια καλλιτεχνικά απεικόνιση που δείχνει τη διαδρομή του S2 καθώς περνά πολύ κοντά στον Τοξότη A *. Καθώς πλησιάζει στη μαύρη τρύπα, το πολύ ισχυρό πεδίο βαρύτητας αναγκάζει το χρώμα του αστέρα να μετατοπιστεί ελαφρά προς το κόκκινο, αποτέλεσμα της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν.

 

«Οι νέες μετρήσεις αποκαλύπτουν σαφώς ένα φαινόμενο που ονομάζεται βαρυτική ερυθρή μετατόπιση», ανέφεραν οι αστρονόμοι. «Το φως από το S2 τεντώνεται προς τα μεγαλύτερα μήκη κύματος από το πολύ δυνατό πεδίο βαρύτητας της μαύρης τρύπας.»

 

«Και η αλλαγή στο μήκος κύματος του φωτός από το S2 συμφωνεί ακριβώς με εκείνη που προβλέπεται από τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν».

 

«Αυτή είναι η πρώτη φορά που αυτή η απόκλιση από τις προβλέψεις της απλούστερης Νευτώνειας θεωρία της βαρύτητας έχει παρατηρηθεί στην κίνηση ενός αστέρα γύρω από μια υπερβαρέα μαύρη τρύπα».

 

Κατά τη διάρκεια της στενής διέλευσης του άστρου στην μαύρη τρύπα μπόρεσαν να εντοπίσουν ακόμη και την αχνή λάμψη γύρω από τη μαύρη τρύπα στις περισσότερες εικόνες, γεγονός που επέτρεψαν να ακολουθήσουν οι ερευνητές με ακρίβεια το αστέρι στην τροχιά του, τελικά οδηγώντας στην ανίχνευση της βαρυτικής μετατόπισης προς το ερυθρό στο φάσμα του S2.

 

Περισσότερα από εκατό χρόνια μετά τη δημοσίευση του εγγράφου που εξηγεί τις εξισώσεις της γενικής σχετικότητας , ο Albert Einstein αποδείχθηκε σωστός και πάλι – σε ένα πολύ πιο ακραίο εργαστήριο από ό, τι θα μπορούσε να φανταστεί.

 

Τα αποτελέσματα εμφανίζονται στο περιοδικό Astronomy & Astrophysics.