Miután majdnem 30 évig megfigyelték a galaxisunk középpontjában álló szupermasszív fekete lyuk körül keringő S2 csillag mozgásait, a csillagászok megerősítették, hogy az mozog, ahogyan azt Einstein általános relativitás-előrejelzése megjósolta. Pályája rozetta alakú, és nem ellipszis, ahogy Newton gravitációs elmélete szokta mondani.

newtonnak

A Einstein általános relativitáselmélete azt jósolja, hogy egy objektum kötött pályája a másik körül nincs lezárva, mint a newtoni gravitációban, hanem inkább precessziós mozgás (egy forgó test forgástengelyének orientációjának változása) előre a mozgás síkjában.

Ez a híres hatás, amelyet először a Merkúr bolygó Nap körüli pályáján láthattak, volt az első bizonyíték az általános relativitáselmélet mellett. Száz évvel később a csillagászoknak sikerült azonos hatást észlelniük a csillag körül keringő csillag mozgására kompakt rádió betűtípus Nyilas A *, a Tejút közepén.

Ez a megfigyelési előrelépés megerősíti annak bizonyítékát, hogy a Nyilas A * -nak a szupernehéz fekete lyuk a Nap tömegének négy milliószorosa.

A Naptól 26 000 fényévre található Nyilas A * és a körülötte lévő sűrű csillaghalmaz egyedülálló laboratóriumot nyújt a fizika teszteléséhez egy extrém és felderítetlen gravitációs rendszerben. Az egyik ilyen csillag, S2, kevesebb mint 20 milliárd kilométeres távolságból (a Nap és a Föld közötti távolság 120-szorosa) halad a szupermasszív fekete lyuk felé, így az egyik legközelebb áll a hatalmas óriás körüli pályán.

A fekete lyukhoz legközelebb eső megközelítésében az S2 csillag a fénysebesség közel három százalékával halad át az űrben, 16 évente egyszer teljesít egy pályát.

A csillag több mint két és fél évtizeden keresztül pályáján követve a tökéletes mérések robusztusan észlelik az S2 Schwarzschild precesszióját a Nyilas A * körüli úton; ezek megjelentek a magazinban Csillagászat és asztrofizika.

A legtöbb csillagnak és bolygónak nem kör alakú pályája van, ezért közelebb és távolabb mozognak attól a tárgytól, amely körül forognak. Az S2 pályája meg van előzve, ami azt jelenti, hogy a szupermasszív fekete lyukhoz legközelebbi pontjának helye minden egyes centrifugáláskor megváltozik, így a következő pálya az előzőhöz képest forog, rozettát alakítva ki.

A Schwarzschild precesszió

Az általános relativitáselmélet pontos előrejelzést ad arról, hogy mennyire változik pályája, és a kutatás legújabb mérései pontosan megegyeznek az elmélettel. Ez a hatás az úgynevezett Schwarzschild precesszió és még soha nem volt mérve egy szupermasszív fekete lyuk körüli csillagon.

A vizsgálattal, amelyet a VLT távcső nak,-nek Európai Déli Obszervatórium (ESO), segít a tudósoknak abban, hogy többet megtudjanak a galaxisunk közepén található szupermasszív fekete lyuk környezetéről.

Mivel az S2 mérései annyira megfelelnek az általános relativitáselméletnek, szigorú korlátokat lehet meghatározni a láthatatlan anyagok (például elosztott sötét anyag vagy lehetséges kisebb fekete lyukak) mennyiségére a Nyilas A * körül. Ez nagyon érdekes megérteni a szupermasszív fekete lyukak kialakulását és evolúcióját.

Ez az eredmény az S2 csillag 27 éves megfigyelésének csúcspontja, Chileben, az Atacama sivatagban, a VLT-be telepített műszerpark felhasználásával, ez idő nagy részében.

A csillag helyzetét és sebességét jelző adatpontok száma igazolja ezen új kutatás alaposságát és pontosságát. Valójában a csapat több mint 330 mérést végzett a GRAVITY, SINFONI és NACO eszközökkel.

Tekintettel arra, hogy S2 évnek kell eltelnie a szupermasszív fekete lyuk körül, döntő fontosságú volt, hogy közel három évtizedig kövesse a csillagot, hogy feltárja a pálya mozgásának összetettségét.

A GRAVITY projekt

A kutatást egy nemzetközi csoport vezette Frank Eisenhauer, az MPE, Franciaország, Portugália, Németország és az ESO munkatársaival. A csapat alkotja a GRAVITY együttműködés, a VLT-interferométerhez kifejlesztett műszerről kapta a nevét, amely a négy 8 méteres VLT-teleszkóp fényét egyesíti egy szuperteleszkóp képződésével (amelynek felbontása megegyezik a 130 méter átmérőjű távcsőével).

Ugyanez a csapat 2018-ban bemutatta az általános relativitáselmélet által megjósolt másik hatást: Látták, hogy az S2-től kapott fény hosszabb hullámhosszakra nyúlik, amikor a csillag a Nyilas A * közelében haladt el. Az előző eredmény azt mutatta, hogy a csillag által kibocsátott fény általános relativitás-élményt tapasztal, és most, hogy a csillag maga is szenvedi ennek a relativitásnak a hatásait.

Az ESO hamarosan megjelenő távcsövével a Rendkívül nagy távcső, a csapat úgy véli, képesek lennének látni sok halványabb csillagot, amelyek még közelebb keringenek a szupermasszív fekete lyukhoz.

Ez azt jelentené, hogy a csillagászok képesek lennének megmérni azt a két mennyiséget, a forgást és a tömeget, amelyek jellemzik a Nyilas A * -t, és meghatározzák a körülötte lévő teret és időt. A relativitás tesztelése ismét teljesen más szint lenne.