Наблюдения в Очень Большой Телескоп впервые показали эффекты, предсказанные общей теорией относительности Эйнштейна касательно движения звезды, проходящей возле сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. Это кульминация 26-летней кампании обзора с использованием телескопов в Чили.
Ближайшая сверхмассивная черная дыра прогружена в густые пылевые облака и отдалена от нас на 26000 световых лет. Это гравитационное чудовище, превышающее солнечную массу в 4 млн. раз. Окружено небольшой звездной группой, вращающейся вокруг дыры на огромных скоростях. Это мощнейшее гравитационное поле в нашей галактике и играет роль идеального места для изучения гравитационной физики и проверки общей теории относительности.
Новые ИК-обзоры от чувствительных приборов GRAVITY, SINFONI и NACO на Очень Большом Телескопе позволили следовать за одной из звезд, именованной S2, так как она подошла на близкую дистанцию к черной дыре в мае 2018 года. Ближайшая точка подхода достигла меньше 20 млрд. км при скорости больше 25 млн. км/ч (почти 3% скорости света).
Команда сравнила измерения положения и скорости от GRAVITY и SINFONI наряду с предыдущими слежками за S2, используя другие инструменты. Включили также предсказания гравитации Ньютона, общей теории относительности и прочих теорий гравитации. Новые результаты не согласуются с предсказаниями Ньютона и отлично сходятся с позициями Эйнштейна.
Эти чрезвычайно точные измерения выполнены международной командой ученых во главе с Институтом Макса Планка. Ученым второй раз удалось наблюдать за тесным проходом S2 к черной дыре в галактическом центре. Но на этот раз использовали значительно улучшенную аппаратуру.
Новые измерения ясно показывают эффект гравитационного красного смещения. Свет от звезды растягивается до более длинных волн мощным гравитационным полем черной дыры. Измерение длины волны света от S2 в точности сходится с тем, что предсказывалось в общей теории относительности Эйнштейна. Это первый случай, когда отклонение от предсказания более простой теории гравитации Ньютона наблюдалось при движении звезды вокруг сверхмассивной черной дыры.
Ученые использовали SINFONI для измерения скорости S2 в направлении от Земли и прибор GRAVITY, чтобы выполнить необычайно точные вычисления локации звезды для определения формы ее орбиты. GRAVITY создает резкие изображение, позволяющие следить за звездным движением на удаленности в 26000 световых лет.
Первые наблюдения за S2, выполненные 2 года назад, показывали, что исследователи получили идеальную лабораторию в виде черной дыры. В тесном проходе удалось даже зафиксировать слабое свечение вокруг черной дыры, что помогло точно следить за звездой на ее орбите. Прошло более 100 лет, а Эйнштейну все еще удается доказывать свою правоту.
В пределах Солнечной системы удается проверить законы физики сейчас и при определенных обстоятельствах. Поэтому для астрономов важно понять, остаются ли эти законы в силе, когда гравитационные поля намного мощнее. Ожидается, что дальнейшие обзоры покажут еще один релятивистский эффект – небольшое вращение звездной орбиты (прецессия Шварцшильда), так как S2 удаляется от черной дыры.
Ученые потратили много времени на создание уникальных мощных инструментов, необходимых для проведения детальных измерений на Очень Большом Телескопе. Полученные сегодня факты – захватывающий результат замечательного партнерства.