Эффект общей теории относительности впервые наблюдается в центре Галактики

Одиночная звезда, обойдя черную дыру в центре Млечного Пути, предоставила астрономам новое доказательство того, что Альберт Эйнштейн был прав о гравитации.

Более 100 лет назад общая теория относительности Эйнштейна показала, что гравитация является результатом воздействия вещества, изгибающего «ткань» пространства-времени. Теперь, в статье, опубликованной 26 июля в «Астрономии и астрофизике», группа исследователей сообщает об обнаружении отличительной черты общей теории относительности, известной как гравитационное красное смещение. Это впервые, когда общая теория относительности была подтверждена в области вблизи сверхмассивной черной дыры.

По мере того, как свет звезды выходит из области с сильным гравитационным полем, его волны растягиваются, делая свет красным, в процессе, известном как гравитационное красное смещение. Команда ученых, известная как сотрудничество GRAVITY, использовали массив большого телескопа, расположенный в пустыне Атакама в Чили, чтобы продемонстрировать, что свет от звезды был красным смещением только на величину, предсказанную общей теорией относительности.

Ученые наблюдали гравитационное красное смещение раньше. Фактически, спутники GPS не смогли бы функционировать должным образом, если бы гравитационное красное смещение не принималось во внимание.

Но такие эффекты никогда не наблюдались вблизи черной дыры. «Это совершенно ново, и я думаю, что это то, что делает его захватывающим, — делать эти же эксперименты не на Земле или в солнечной системе, а вблизи черной дыры», — говорит физик Клиффорд Уилл из Университета Флориды в Гейнсвилле.

В сердце Млечного пути скрывается громадная сверхмассивная черная дыра, масса которой примерно в 4 миллиона раз больше, чем у Солнца. Многие звезды вращаются вокруг этой черной дыры. Исследователи нацелились на одну звезду, известную как S2, которая каждые 16 лет совершает оборот по эллиптической орбите вокруг черной дыры.

В мае 2018 года звезда находилась ближе всего к черной дыре, проходя по орбите со скоростью 3 процента от скорости света — это чрезвычайно быстро для звезды. В тот момент звезда находилась всего в 20 миллиардах километров от черной дыры. Это может казаться далеко, но это всего лишь в четыре раза больше расстояния между Солнцем и Нептуном.

Измерение влияния общей теории относительности в окрестности черной дыры является сложной задачей, потому что регион заполнен звездами, говорит астрофизик Туан До из UCLA, который изучает S2, но не участвовал в этой работе. Если вы попытаетесь наблюдать за этим регионом с помощью обычного телескопа, «вы просто увидите большое размытое пятно».

Чтобы получить точные измерения и определить отдельные звезды, ученые использовали метод, называемый адаптивной оптикой, который может противодействовать искажениям, вызванным земной атмосферой, и объединить информацию с четырех телескопов в Очень большой массив телескопа.

В будущей работе ученые надеются протестировать другие аспекты общей теории относительности, включая предсказание теории о том, что орбита S2 должна вращаться со временем. Подобное вращение было ранее замечено на орбите Меркурия вокруг Солнца, что озадачило астрономов, пока теория Эйнштейна не объяснила этот эффект.

Больше информации: GRAVITY Collaboration. Detection of the Gravitational Redshift in the Orbit of the Star S2 near the Galactic Centre Massive Black Hole. Astronomy & Astrophysics. Published online July 26, 2017. doi: 10.1051/0004-6361/201833718.