Resultatet av analysen av data under 26 år med astronomiska observationer var den officiella bekräftelsen av den förutsagda av den allmänna relativitetsteorin för det speciella med rörelse av en stjärna i det starka gravitationsfältet i ett supermassivt svart hål i mitten av Vintergatan. Detta rapporteras i en artikel i den vetenskapliga tidskriften Astronomy & Astrophysics.
Syftet med forskningen för forskare under alla dessa år har varit stjärnan S2, som ligger bredvid det supermassiva svarta hålet Skytten A *, beläget i det galaktiska mitten av Vintergatan. Det svarta hålet har en massa fyra miljoner gånger solens massa och ligger 26 tusen ljusår från jorden. Själva S2-stjärnan, som tillhör spektraltyp B, är en av de mest studerade stjärnorna som tillhör S-klustret - en grupp snabbrörelser som upptäcktes 2002.
”Detta är bara det andra tillvägagångssättet mellan S2 och ett svart hål som vi har kunnat spåra. Å andra sidan har instrumentens noggrannhet förbättrats markant under de senaste tio åren, vilket möjliggjorde att detta möte kan spåras med ultrahög upplösning. Vi har förberedt oss noggrant för denna händelse i flera år, eftersom det gör att vi i praktiken kan testa det speciella med relativistiska effekter,”säger Reinhard Gentzel från Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics in Garching (Tyskland).
Det svarta hålet omges av flera dussin stjärnor och flera stora gasmoln som periodvis närmar sig det på ett farligt avstånd. Enligt Einsteins allmänna relativitetsteori kommer dessa möten och de relativistiska effekterna som är förknippade med dem att ha en speciell effekt på stjärnans bana och förskjuter dess pericenter. Och forskare kunde bekräfta detta i praktiken.
2003 närmade sig stjärnan det svarta hålet på ett farligt avstånd, vilket för första gången gjorde det möjligt för astrofysiker att spåra om dess bana förändrades under påverkan av det svarta hålets allvar. Nästa tillnärmning av stjärnan med Skytten A * ägde rum först i maj i år, för vilken forskare har förberett sig under mycket lång tid och noggrant. Händelsen följdes av flera av världens ledande teleskoper.
Hubble, VLT och andra stora jordobservatorier har börjat utföra nästan konstanta observationer av S2 sedan april i år med SINFONI-, GRAVITY- och NACO-instrument som arbetar inom infraröda och nära infraröda områdena i spektrumet.
Kritisk var de uppgifter som samlades in i maj 2018, när stjärnan närmade sig det svarta hålet mindre än 20 miljarder kilometer bort. Effekten av interaktion mellan det svarta hålet och stjärnan var så stark att det svarta hålet accelererade det senare till 25 miljoner kilometer i timmen (nästan 3 procent av ljusets hastighet).
Kampanjvideo:
Forskare noterar att interaktionen, särskilt, manifesterades i en kraftig förändring i stjärnans färg under påverkan av den så kallade gravitationsrödskiftningen - "sträckning" av elektromagnetiska vågor när de träffade ett område med ett starkt gravitationsfält. I fallet med S2 "stjärnan" märkbart stjärnan när den närmade sig Skytten A *, varefter den efter ett tag fick sin vanliga färg. Styrkan hos denna effekt, som visats av VLT-observationer, var helt i överensstämmelse med vad relativitetsteorin och det tillhörande fenomenet med gravitationstidsutvidgning förutspådde.
”Våra första observationer av S2 med GRAVITY-instrumentet började för ungefär två år sedan. Även då identifierade vi en tydlig rödförskjutningseffekt förknippad med ett svart hål, vilket återigen bekräftade Einsteins allmänna relativitetsteori, säger astrofysiker Frank Eisenhower, som arbetar med GRAVITY och SINFONI spektrografer.
"Under vårt närmaste tillvägagångssätt märkte vi till och med en svag glöd runt det svarta hålet i de flesta av bilderna, vilket gjorde att vi mycket noggrant kan spåra stjärnans bana och så småningom bevittna S2s gravitationsrödförskjutning."
På liknande sätt har forskare bekräftat att S2: s rörelse har avvikit från dess vanliga Newtoniska bana med det belopp som beräknades med hjälp av Einsteins beräkningar. Båda, enligt Genzel och hans team, bevisar än en gång att Einstein har rätt när han beskriver hur rymdtidens struktur och hela universumet beter sig.
Forskarna säger att de nu har ett naturligt laboratorium för att studera supermassiva svarta hål och relativistiska effekter.
Nikolay Khizhnyak