Astronomowie od dawna mają oko na grupę gwiazd, które krążą tuż poza supermasywną czarną dziurą w sercu naszej galaktyki Drogi Mlecznej. W odkryciu ogłoszonym w czwartek przez Europejskie Obserwatorium Południowe naukowcy stwierdzają, że w końcu dostrzegli jedną z tych gwiazd podczas jej podróży przez pole grawitacyjne czarnej dziury. To pierwszy test teorii względności Alberta Einsteina w pobliżu supermasywnej czarnej dziury.
Dane, nagrane z niewiarygodną szczegółowością, pokazują, jak ekstremalne grawitacyjne przyciąganie czarnej dziury wpływa na światło.
Einstein podejrzewał, że czarna dziura może być wystarczająco potężna, by obniżyć intensywność światła w ekstremalnych warunkach, i po raz kolejny jego teoria została potwierdzona przez test. Ogłoszenie nastąpiło w siedzibie Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) w Garching w Niemczech. Na konferencji prasowej badacz ESO Frank Eisenhuer porównał przewidywane teoretyczne przesunięcie ku czerwieni, jak to określił Einstein, do tego co zaobserwowano – jako dane idealnie zbliżone do siebie. Publiczność przyjęła tą wiadomość aplauzem.
Przez dziesięciolecia naukowcy monitorowali czarną dziurę zwaną Sagittarius A *, która znajduje się w centrum Drogi Mlecznej. Jej masa jest cztery miliony razy większa niż masa naszego Słońca. A wokół niej krąży tajemnicza grupa gwiazd.
19 maja 2018 r. jedna z tych orbitujących gwiazd, zwana S2, przeszła przez pole grawitacyjne Sagittarius A *, dając naukowcom doskonałą okazję do zbadania, czy zjawisko przepowiedziane przez Einsteina, nazwane grawitacyjnym przesunięciem ku czerwieni, ma miejsce w najbardziej ekstremalnych warunkach.
Grawitacyjne przesunięcie ku czerwieni następuje, gdy światło przemieszcza się przez pole grawitacyjne i traci część swojej energii, powodując przesunięcie ku czerwonemu krańcowi spektrum. Ponieważ światło coraz bardziej „odczuwa” przyciąganie grawitacyjne, musi „pracować” ciężej, aby utrzymać stałą prędkość. Więc zamiast oscylować na pierwotnej częstotliwości, jego długość fali jest w pewnym sensie rozciągnięta i staje się dłuższa.
Naukowcy od dawna mają nadzieję zaobserwować, jak to zjawisko zachodzi w pobliżu czarnej dziury. Jednak Sagittarius A * znajduje się w odległości około 26 000 lat świetlnych od nas i jest ukryty przed naszym zasięgiem za wielkimi obłokami pyłu.
Jednak niedawno Europejskie Obserwatorium Południowe (ESO) wyposażyło swoją infrastrukturę w Bardzo Duży Teleskop (VLT) z nowym narzędziem. Nazywany GRAVITY, łączy w sobie światło zebrane przez cztery teleskopy VLT, uzyskując 15-krotność rozdzielczości i dokładności, jaką tylko jeden z teleskopów mógłby osiągnąć sam. Rozdzielczość taka jest równoważna z obserwacją piłki tenisowej na Księżycu z Ziemi (!). Pozwala to astronomom na dokonywanie pomiarów godzinnych, gdy gwiazda S2 wykonała swój ostatni przelot ze Sagittarius A *.
Obserwowali oni, co się stanie, gdy S2 zbliżyła się do czarnej dziury, zbliżając się na odległość około 12 miliardów kilometrów, co nie jest dużą odległością w skali kosmicznej. Podczas tego bliskiego spotkania S2 osiągnął prędkość prawie 5000 mil na sekundę, co jest równe 2,7% prędkości światła.
Zespół ESO porównał te nowe dane z poprzednio zebranymi danymi na temat S2, aby zrozumieć, w jaki sposób zmieniało się jego światło poprzez zanurzenie w silnym polu grawitacyjnym. W ten sposób potwierdzili, że światło emitowane z gwiazdy staje się mniej energetyczne.
Po raz drugi zaobserwowaliśmy bliskie przejście S2 wokół czarnej dziury w naszym centrum naszej galaktyki. Ale tym razem, dzięki znacznie ulepszonemu instrumentarium, byliśmy w stanie obserwować gwiazdę z niespotykaną dotąd rozdzielczością
– wyjaśnia Reinhard Genzel z Instytutu Fizyki Pozaziemskiej im. Maxa Plancka.
Od kilku lat intensywnie przygotowujemy się do tego wydarzenia, ponieważ chcieliśmy jak najlepiej wykorzystać tę wyjątkową okazję do zaobserwowania ogólnych efektów relatywistycznych.
Na konferencji prasowej Odele Staub z Obserwatorium Paryskiego wyjaśnia:
Dlaczego to ważne, dlaczego w ogóle to robiliśmy? Grawitacja jest podstawową własnością wszechświata. Zrozumienie grawitacji na Ziemi, w Układzie Słonecznym, w Drodze Mlecznej, poza Drogą Mleczną
– to klucz do zrozumienia naszego wszechświata.
Spojrzeliśmy na nasze centrum galaktyczne i to, co widzieliśmy, jest zgodne z tym, jak zachowuje się jak czarna dziura Einsteina. To, co zmierzyliśmy, nie może już być opisane przez Newtona.
W nadchodzących miesiącach naukowcy planują również śledzić, w jaki sposób to spotkanie mogło przesunąć trajektorię S2.
Źródło: Astronomy.com
