С помощью большого телескопа Very Large Telscope (VLT) Южной Европейской обсерватории (ESO) астрономам впервые за все время 26-летней наблюдательной кампании удалось показать предсказанные общей теорией относительности Альберта Эйнштейна воздействия на движение звезды, которая проходит экстремальное гравитационное поле вблизи сверхмассивной черной дыры в центре Млечного пути.

Это моделирование показывает орбиты вращения звезд в непосредственной близости от сверхмассивной черной дыры в сердце Млечного пути. Одна из этих звезд, которая называется S2, совершает оборот вокруг черной дыры за 16 лет – она прошла возле нее в мае 2018 года. Это представляется великолепной лабораторией для тестирования гравитационной физики и особенно общей теории относительности Эйнштейна. Copyright: ESO/L. Calçada/spaceengine.org

На удалении 26 тысяч световых лет от Земли – в центре Млечного пути – располагается ближайшая к нам сверхмассивная черная дыра, масса которой в четыре миллиона раз больше, чем масса нашего Солнца. Эта черная дыра представляет собой сильнейшее гравитационное поле нашей галактики. И вокруг нее с высокой скоростью обращается небольшая группа звезд. Чудовищная сила тяготения сверхмассивной черной дыры, которая называется Стрелец А* (Saggitarius A*), делает это окружение идеальным местом для исследований гравитационной физики и, соответственно, для проверки общей теории относительности Эйнштейна.

«Новое инфракрасное наблюдение с помощью сверхчувствительных инструментов GRAVITY, SINFONI и NACO на телескопе Very Large Telescope (VLT) ESO предоставило астрономам возможность проследить за звездой под называнием S2, когда та в мае 2018 года проходила возле черной дыры», - говорится в пресс-релизе ESO. - «В ближайшей точке сближения эта звезда оказалась менее чем в 20 миллиардах километров от черной дыры, двигаясь при этом со скоростью более 25 миллионов километров в час – почти три процента скорости света».

Эта диаграмма показывает движение звезды S2 вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного пути. Составлена она по результатам наблюдений телескопов Южной Европейской обсерватории за период в более чем 25 лет. Звезде требуется 16 лет, чтобы завершить один оборот, и в мае 2018 года она подошла к черной дыре в самой ближней точке своей орбиты. Copyright: ESO/MPE/GRAVITY Collaboration

При этом астрономы сравнили измерения позиции и скорости инструментов GRAVITY и SINFONI, а также более ранние наблюдения за S2 другими инструментами, с предсказаниями ньютоновской гравитации, общей теории относительности и других гравитационных теорий.

Результат показал: «Новые результаты не подходят под предсказания Ньютона, зато находятся в идеальном соответствии с предсказаниями общей теории относительности», - заявляют ученые Южной Европейской обсерватории под руководством Райнхарда Генцеля из Института внеземной физики имени Макса Планка в Гархинге возле Мюнхена, в группу которого входят исследователи со всего мира.

Сообщается, что новые измерения позволяют четко наблюдать эффект, который называется «гравитационное красное смещение». При этом свет звезды (S2) под воздействием невероятно сильного гравитационного поля черной дыры растягивается на более длинные волны. «Изменение длины волн света S2 точно соответствует предположениям эйнштейновской общей теории относительности. И это стало первым разом в истории астрономии, когда это отклонение от предсказаний более простой ньютоновской теории гравитации можно было наблюдать в движении звезды вокруг сверхмассивной черной дыры».

Более чем через сто лет после того, как были опубликованы уравнения общей теории относительности, правота Эйнштейна была подтверждена наилучшим образом – в значительно более экстремальной «лаборатории», чем он мог себе когда-нибудь представить.

Франсуаза Дельпланк, руководитель отдела системотехники обсерватории ESO, разъяснила значение этого наблюдения: «Здесь, в Солнечной системе, мы можем тестировать законы физики лишь при определенных обстоятельствах. Поэтому в астрономии чрезвычайно важно иметь возможность проверять, действительно ли эти законы действуют, когда гравитационные поля оказываются значительно более мощными».

Последующие наблюдения должны уже очень скоро показать следующий релятивистский эффект – небольшое вращение орбиты звезды, которое называют прецессией Шварцшильда – когда звезда S2 станет удаляться от черной дыры.