For første gang nogensinde har forskere set et stjernejr forbi det supermassive sorte hul i hjertet af Mælkevejen og bekræftet, at dens bevægelse viste virkningerne af generel relativitet, som Albert Einstein forudsagde.
Stjernerne i Mælkevejen kredser om et gargantuansk sort hul kaldet Skytten A *, som generelt er stille set fra Jorden, bortset fra at rive fra hinanden den lejlighedsvise genstand, der venter for tæt. Det sorte huls masse er 4 millioner gange solen, og den udviser vores galakas stærkeste gravitationsfelt, hvilket gør den til - og en lille gruppe stjerner, der kredser om det i høj hastighed - en perfekt bevisgrund for de ekstreme effekter, der er forudsagt af Einsteins teori om generel relativitet.
I 26 år har forskere observeret centrum af Mælkevejen ved hjælp af instrumenter fra European Southern Observatory (ESO). "Det galaktiske center var vores laboratorium for at teste tyngdekraften," sagde Odele Straub, en astrofysiker ved Paris-observatoriet og medforfatter til den nye undersøgelse, på en ESO-nyhedskonference 26. juli. [Einsteins relativitetsteori forklaret (Infographic)]
Astronomer har brugt nye infrarøde observationer fra GRAVITY, SINFONI og NACO instrumenterne på ESOs Very Large Telescope i Chile for at følge en stjerne, kendt som S2, som er en del af en gruppe af hurtige bevægende stjerner, der kredser om det supermassive sorte hul, der ligger 26.000 lys -år fra Jorden.
I maj 2018 var disse astronomer vidne til, at S2 passerer meget tæt på dette sorte hul. På det tidspunkt bevægede S2 sig ekstremt hurtigt - 15,5 millioner km / h (25 millioner km / t). Ved at sammenligne positions- og hastighedsmålinger taget af GRAVITY og SINFONI og tidligere målinger foretaget af S2 fandt holdet, at det snoede lys fra stjernen var i overensstemmelse med forudsigelser baseret på den generelle relativitets beskrivelse af, hvordan tyngdekraften bøjer rum-tid.
Målingerne af S2 viser tydeligt en effekt kendt som rødskift, sagde ESO-embedsmænd i en erklæring.
"Redshift fortæller os, hvordan tyngdekraften påvirker fotoner, når de rejser gennem universet," Andrea Mia Ghez, en astronom og professor i Institut for Fysik og Astronomi ved University of California, Los Angeles, der ikke var involveret i denne forskning, fortalte Space.com.
Det supermassive sorte huls tyngdefelt strakte lyset, der forlod S2, og ændringen i bølgelængden af lys fra S2 stemmer overens med det, der er forudsagt af Einsteins teori, ifølge udsagnet.
De nye målinger og resultater stemmer ikke overens med, hvad der ville blive forudsagt af den enklere, newtonske tyngdekrappe, sagde forskerne på nyhedskonferencen. Frank Eisenhauer, seniormedarbejder videnskab ved Max Plank Institute for Extraterrestrial Physics og hovedundersøger for GRAVITY og SINFONI spektrograf, viste en levende graf, der fremhævede denne divergens på ESOs nyhedskonference - læse "Einstein 1: 0 Newton" - fremkaldte jubel fra publikum.
Dette er første gang, at en sådan afvigelse fra den Newtonianske tyngdekonstruktion er blevet observeret i en stjerne omkring et supermassivt sort hul, sagde forskerne i erklæringen, skønt det var anden gang, de observerede S2 omkring det sorte hul; de har sporet systemet i mere end to årtier. Sidste gang det gik forbi, for 16 år siden, var målingernes opløsning ikke god nok til at hente relativitetseffekter.
Som mennesker på Jorden falder vi, vi dropper tingene, og vi flyder ikke af planeten ud i rummet; fra et hverdagsperspektiv forstår vi tyngdekraften ganske godt. Imidlertid af fysikens forskellige love, "tyngdekraften er den mindst testede, selvom [det er] den, vi forstår fra en menneskelig eksistens, den bedste," sagde Ghez. Denne nye forskning hjælper med at styrke vores forståelse af tyngdekraften i større skala.
”Det er super vigtigt at få denne lov til højre,” sagde Ghez. Selv hvis du ikke har det rigtigt, eller du arbejder med en forkert forståelse af tyngdekraften - selv i mindre skala - tilføjede disse fejl muligvis i større skala, tilføjede hun.
Dette arbejde viser, hvordan tyngdekraften fungerer i nærheden af et supermassivt sort hul, hvilket forbedrer forskernes forståelse af styrken og dens virkninger, sagde forskerne. "Her i solsystemet kan vi kun teste fysikkens love nu og under visse omstændigheder," siger Françoise Delplancke, leder af systemteknikafdelingen ved ESO og medforfatter til den nye undersøgelse. "Så det er meget vigtigt inden for astronomi at også kontrollere, at disse love stadig er gyldige, hvor tyngdefelterne er meget stærkere."
Astronomer vil fortsætte med at observere og studere S2 og håber snart at vise generel relativitetens virkning på en lille rotation af stjernens bane, når den bevæger sig væk fra det supermassive sorte hul, sagde forskerne.
Resultaterne af den nye forskning blev offentliggjort online i dag (26. juli) i tidsskriftet Astronomy & Astrophysics.
