În 1915, Albert Einstein a publicat celebra sa Teorie a Relativității Generale, care oferea o descriere unificată a gravitației ca proprietate geometrică a spațiului și a timpului. Această teorie a dat naștere teoriei moderne a gravitației și a revoluționat înțelegerea noastră fizică. Chiar dacă a trecut un secol de atunci, oamenii de știință continuă să efectueze experimente care confirmă predicțiile teoriei sale.
Datorită observațiilor recente făcute de o echipă de astronomi internaționali (cunoscută sub numele de colaborare GRAVITY), efectele Relativității Generale au fost dezvăluite folosind un Supermassive Black Hole (SMBH) pentru prima dată. Aceste constatări au fost punctul culminant al unei campanii de 26 de ani de observații ale SMBH din centrul Căii Lactee (Săgetătorul A *) folosind instrumentele Observatorului European din Sud (ESO).
Studiul care descrie rezultatele echipei a apărut recent în jurnal Astronomie și Astrofizică, intitulat „Detecția redshift-ului gravitațional pe orbita stelei S2 în apropiere de gaura neagră masivă a centrului galactic”. Studiul a fost condus de Roberto Arbuto de la ESO și a inclus membri din colaborarea GRAVITY - care este condusă de Reinhard Genzel de la Institutul Max Planck pentru fizică extraterestră (MPE) și include astronomi din mai multe universități europene și institute de cercetare.
În scopul studiului lor, echipa s-a bazat pe datele culese de instrumentele VLT extrem de sensibile și de înaltă precizie. Acestea au inclus instrumentul de astrometrică și interferometrie GRAVITY, instrumentul Spectrograf pentru observații de teren INtegral în instrumentul Near Infrared (SINFONI) și Nasmyth Adaptive Optics System (NAOS) - Impregnat cu infraroșu și spectrograf (CONICA), care sunt cunoscute sub numele de Naco.
Noile observații în infraroșu colectate de aceste instrumente au permis echipei să monitorizeze una dintre stelele (S2) care orbitează pe Săgetătorul A * în timp ce trecea în fața găurii negre - care a avut loc în mai 2018. În cel mai apropiat punct al orbitei sale , steaua se afla la o distanță mai mică de 20 de miliarde de km (12,4 miliarde de mile) de gaura neagră și se deplasa cu o viteză care depășea 25 de milioane km / h (15 milioane mph) - aproape trei la sută din viteza luminii .
În timp ce instrumentul SINFONI a fost utilizat pentru a măsura viteza S2 către și departe de Pământ, instrumentul GRAVITY din interferometrul VLT (VLTI) a făcut măsurători extraordinar de precise ale poziției schimbătoare a S2 pentru a defini forma orbitei sale. Instrumentul GRAVITY a creat apoi imaginile ascuțite care dezvăluia mișcarea stelei când trecea aproape de gaura neagră.
Echipa a comparat apoi măsurătorile de poziție și viteză cu observațiile anterioare ale S2 folosind alte instrumente. Au comparat apoi aceste rezultate cu predicțiile făcute de Legea gravitației universale de Newton, de Relativitatea generală și de alte teorii ale gravitației. După cum era de așteptat, noile rezultate au fost în concordanță cu previziunile făcute de Einstein în urmă cu un secol.
După cum a explicat într-un comunicat de presă recent, Reinhard Genzel, care, pe lângă faptul că a fost liderul colaborării GRAVITY, a fost coautor în lucrare:
„Este a doua oară când am observat trecerea strânsă a S2 în jurul găurii negre din centrul nostru galactic. Dar de această dată, din cauza instrumentării mult îmbunătățite, am putut observa steaua cu o rezoluție fără precedent. Ne pregătim intens pentru acest eveniment de câțiva ani, deoarece am dorit să profităm din plin de această ocazie unică de a observa efectele relativiste generale. ”
Când a fost observată cu noile instrumente ale VLT, echipa a remarcat un efect numit gravitational redshift, unde lumina provenită de la S2 și-a schimbat culoarea pe măsură ce se apropia de gaura neagră. Aceasta a fost cauzată de câmpul gravitațional foarte puternic al găurii negre, care a întins lungimea de undă a luminii stelei, determinând-o să se deplaseze spre capătul roșu al spectrului.
Modificarea lungimii de undă a luminii de la S2 este în concordanță cu ceea ce a prezis ecuația de câmp a lui Einstein. Așa cum Frank Eisenhauer - cercetător al Institutului Max Planck de Fizică Extraterestră, investigatorul principal al GRAVITĂȚII și al spectrografului SINFONI și un coautor al studiului - a indicat:
“Primele noastre observații despre S2 cu GRAVITY, în urmă cu aproximativ doi ani, arătau deja că vom avea laboratorul ideal al găurilor negre. În timpul trecerii apropiate, am putut chiar detecta strălucirea slabă din jurul găurii negre de pe majoritatea imaginilor, ceea ce ne-a permis să urmărim cu exactitate steaua pe orbita ei, ducând în cele din urmă la detectarea redshift-ului gravitațional în spectrul S2.”
În timp ce s-au efectuat alte teste care au confirmat predicțiile lui Einstein, aceasta este prima dată când efectele Relativității Generale au fost observate în mișcarea unei stele în jurul unei găuri negre supermasive. În acest sens, Einstein a fost dovedit încă o dată, folosind unul dintre cele mai extreme laborator până în prezent! Ba mai mult, a confirmat că testele care implică efecte relativiste pot oferi rezultate consistente în timp și spațiu.
„Aici, în Sistemul Solar, putem testa doar legile fizicii acum și în anumite circumstanțe”, a declarat Françoise Delplancke, șefa Departamentului de Inginerie a Sistemului la ESO. „Deci este foarte important în astronomie să verificăm și faptul că acele legi sunt încă valabile acolo unde câmpurile gravitaționale sunt mult mai puternice.”
În viitorul apropiat, un alt test relativist va fi posibil, deoarece S2 se va îndepărta de gaura neagră. Aceasta este cunoscută sub numele de precesiune Schwarzschild, unde este de așteptat ca steaua să experimenteze o mică rotație pe orbita sa. Colaborarea GRAVITY va monitoriza S2 pentru a observa și acest efect, bazându-se încă o dată pe instrumentele VLT foarte precise și sensibile.
După cum a indicat Xavier Barcons (directorul general al ESO), această realizare a fost posibilă datorită spiritului de cooperare internațională reprezentată de colaborarea GRAVITY și instrumentele pe care le-au ajutat să dezvolte ESO:
„ESO a lucrat cu Reinhard Genzel și echipa sa și colaboratorii din statele membre ESO mai bine de un sfert de secol. A fost o provocare uriașă dezvoltarea instrumentelor unic puternice necesare pentru a face aceste măsurări foarte delicate și a le implementa la VLT din Paranal. Descoperirea anunțată astăzi este rezultatul foarte interesant al unui parteneriat remarcabil. ”
Și asigurați-vă că vedeți acest videoclip al testului de succes al GRAVITY Collaboration, cu amabilitatea ESO:
