1915. aastal avaldas Albert Einstein oma kuulsa üldrelatiivsusteooria, milles anti gravitatsiooni kui ruumi ja aja geomeetrilise omaduse ühtne kirjeldus. See teooria andis aluse tänapäevasele gravitatsiooniteooriale ja muutis meie arusaama füüsikast revolutsiooniliseks. Ehkki sellest ajast on möödunud sajand, viivad teadlased endiselt läbi eksperimente, mis kinnitavad tema teooria ennustusi.
Tänu rahvusvaheliste astronoomide meeskonna tehtud hiljutistele tähelepanekutele (tuntud kui GRAVITY-koostöö) on üldrelatiivsuse mõjud ilmutatud Supermassiivse musta augu (SMBH) abil esimest korda. Need leiud olid kulminatsiooniks 26-aastasele SMBH vaatluste kampaaniale Linnutee keskuses (Ambur A *), kasutades Euroopa Lõunavaatluskeskuse (ESO) vahendeid.
Hiljuti ilmus ajakirjas meeskonna järeldusi kirjeldav uuring Astronoomia ja astrofüüsika, pealkirjaga “Gravitatsioonilise punanihke tuvastamine tähe S2 orbiidil Galaktika keskpunkti massiivse musta augu lähedal”. Uuringut juhtis ESO Roberto Arbuto ja selles osalesid ka GRAVITY koostööpartnerid - mida juhib Max Plancki Maavälise Füüsika Instituudi (MPE) Reinhard Genzel ja kuhu kuuluvad mitme Euroopa ülikooli ja teadusinstituudi astronoomid.
Uuringu huvides tugines meeskond VLT äärmiselt tundlike ja ülitäpsete instrumentide kogutud andmetele. Nende hulka kuulusid GRAVITY astromeetriline ja interferomeetriline instrument, lähiinfrareaalse integreeritud väljavaatluste spektrograaf (SINFONI) ja Nasmyth'i adaptiivne optikasüsteem (NAOS) - lähi-infrapunapildisüsteem ja spektrograaf (CONICA), mida koos tuntakse ka kui NACO.
Nende instrumentide kogutud uued infrapunavaatlused võimaldasid meeskonnal jälgida ühte tähte (S2), mis tiirleb ümber Amburi A *, läbides musta auku - mis toimus 2018. aasta mais. Orbiidi lähimas kohas , oli täht mustast august vähem kui 20 miljardi km (12,4 miljardit mi) kaugusel ja liikus kiirusega üle 25 miljoni km / h (15 miljonit mph) - peaaegu kolm protsenti valguse kiirusest .
Kui S2 kiiruse mõõtmiseks Maast ja Maalt eemale kasutati seadet SINFONI, siis VLT-interferomeetris (VLTI) mõõdeti gravitatsiooniinstrumendil S2 muutuva asendi erakordselt täpsed mõõtmised, et määratleda selle orbiidi kuju. Seejärel lõi instrument GRAVITY teravad pildid, mis paljastasid tähe liikumist, kui see möödus musta augu lähedalt.
Seejärel võrdles meeskond asukoha ja kiiruse mõõtmisi varasemate S2 vaatlustega, kasutades muid instrumente. Seejärel võrdlesid nad neid tulemusi Newtoni universaalse gravitatsiooni seaduse, üldise relatiivsuse ja teiste gravitatsiooniteooriate põhjal tehtud ennustustega. Ootuspäraselt olid uued tulemused kooskõlas Einsteini enam kui sajand tagasi tehtud ennustustega.
Nagu Reinhard Genzel, kes lisaks GRAVITY koostöö eestvedajale oli ka paberil kaasautor, selgitas hiljutises ESO pressiteates:
„See on teine kord, kui oleme täheldanud S2 tihedat läbimist meie galaktilise keskuse musta augu ümber. Kuid seekord suutsime tunduvalt täiustatud mõõteriistade tõttu tähte enneolematu eraldusvõimega jälgida. Oleme mitme aasta jooksul selle sündmuse jaoks intensiivselt valmistunud, kuna tahtsime seda ainulaadset võimalust kasutada ära üldiste relativistlike efektide jälgimine. ”
Kui neid jälgiti VLT uute instrumentidega, märkis meeskond efekti, mida nimetatakse gravitatsiooniliseks punanihkeks, kus S2-st tulev valgus muutis mustale augule lähenedes värvi. Selle põhjuseks oli musta augu väga tugev gravitatsiooniväli, mis venitas tähe valguse lainepikkust, põhjustades selle nihkumist spektri punase otsa poole.
Valguse lainepikkuse muutus S2-st vastab täpselt sellele, mida Einsteini väljavõrrand ennustas. Nagu ütles Frank Eisenhauer - Max Plancki Maavälise Füüsika Instituudi teadur, GRAVITY ja SINFONI spektrograafi peauurija ning uuringu kaasautor -
“Meie esimesed tähelepanekud S2 kohta GRAVITY-ga umbes kaks aastat tagasi näitasid juba, et meil on ideaalne musta augu laboratoorium. Tiheda läbimise ajal suutsime enamikul piltidel tuvastada isegi musta augu ümber tekkinud nõrga kuma, mis võimaldas meil tähe täpselt orbiidil jälgida, mis viis lõpuks gravitatsioonilise punanihke tuvastamiseni S2 spektris.”
Kui läbi on viidud ka teisi katseid, mis kinnitasid Einsteini ennustusi, siis on see esimene kord, kui üldrelatiivsuse mõjusid on täheldatud tähe liikumisel supermassiivse musta augu ümber. Sellega seoses on Einsteinil taas kord tõestatud õigus, kasutades ühte seni kõige äärmuslikumat laborit! Veelgi enam, see kinnitas, et relativistlikke efekte sisaldavad testid võivad anda ajas ja ruumis püsivaid tulemusi.
"Siin päikesesüsteemis saame füüsika seadusi katsetada ainult nüüd ja teatud tingimustel," ütles ESO süsteemitehnika osakonna juhataja Françoise Delplancke. "Seega on astronoomias väga oluline kontrollida ka seda, kas need seadused kehtivad ka siis, kui gravitatsiooniväljad on palju tugevamad."
Lähitulevikus on võimalik veel üks relativistlik test, kuna S2 eemaldub mustast august. Seda tuntakse Schwarzschildi pretsessioonina, kus tähelt oodatakse oma orbiidil väikest pöörlemist. GRAVITY-koostöö jälgib S2 ka selle efekti jälgimiseks, tuginedes taas VLT väga täpsetele ja tundlikele instrumentidele.
Nagu Xavier Barcons (ESO peadirektor) märkis, sai see saavutus võimalikuks tänu rahvusvahelise koostöö vaimule, mida esindab GRAVITY koostöö, ja vahenditele, mida nad aitasid ESO-l arendada:
„ESO on teinud üle veerand sajandi koostööd Reinhard Genzeli, tema meeskonna ja kaastöötajatega ESO liikmesriikides. Nende väga delikaatsete mõõtmiste tegemiseks ja Paranali VLT-s kasutamiseks vajalike unikaalselt võimsate instrumentide väljatöötamine oli tohutu väljakutse. Täna välja kuulutatud avastus on tähelepanuväärse partnerluse väga põnev tulemus. ”
Ja ESO nõusolekul vaadake kindlasti seda videot GRAVITY Collaboration'i edukast testist:
