Астрономы провели "экстремальный" тест теории относительности - и она подтвердилась

Наблюдения впервые выявили предсказываемые общей теорией относительности Эйнштейна особенности движения звезды в крайне сильном гравитационном поле сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. Об этом сообщает Европейская южная обсерватория (ESO).

В 26 тысячах световых лет от нас, в центре Млечного Пути, скрытая плотными облаками поглощающей свет пыли, лежит ближайшая к Земле сверхмассивная черная дыра. Этот гравитационный монстр массой в четыре миллиона Солнц окружен небольшой группой звезд, которые обращаются вокруг него с высокой скоростью. Столь экстремальная среда — область самого сильного гравитационного поля в нашей Галактике — является идеальным местом для исследования физики тяготения, и в частности для проверки общей теории относительности Эйнштейна.

Новые инфракрасные наблюдения, выполненные с исключительно чувствительными приемниками Очень Большом Телескопе ESO позволили астрономам отследить движение одной из этих звезд, обозначаемой S2, когда она в мае 2018 г. проходила очень близко к черной дыре. В ближайшей к черной дыре точке звезда находилась от нее на расстоянии менее 20 миллиардов километров и двигалась со скоростью свыше 25 миллионов километров в час, что составляет почти три процента скорости света.

Исследователи сравнили положения и скорости звезды S2, измеренные соответственно приемниками GRAVITY и SINFONI, а также более ранние ее наблюдения, выполненные с другими инструментами, с предсказаниями, сделанными на основе ньютоновской теории тяготения, общей теории относительности и другими теориями тяготения. Полученные результаты не согласуются с теорией Ньютона, но находятся в прекрасном соответствии с общей теорией относительности.

Новые измерения ясно демонстрируют эффект, называемый гравитационным красным смещением: очень сильное гравитационное поле черной дыры растягивает световые волны, испускаемые звездой, делает их более длинными. Изменение длины волны света, приходящего от S2, в точности согласуется с предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна. Такое отклонение от более простой теории гравитации Ньютона в движении звезды вокруг сверхмассивной черной дыры наблюдается впервые.

Группа измеряла лучевую скорость S2 по направлению к и прочь от Земли при помощи приемника SINFONI, а сверхточные измерения изменений положения S2 для определения формы ее орбиты производились с интерферометрическим инструментом GRAVITY. Эти наблюдения стали кульминацией 26-летнего цикла высокоточных наблюдений центра Млечного Пути с инструментами ESO.

«Cпустя более, чем сто лет после того, как он опубликовал свою статью, в которой были выведены уравнения общей теории отнсительности, Эйнштейн еще раз подтвердил свою правоту — в лаборатории, гораздо более фантастической, чем он мог предположить!» — пишут представители ESO.

Теперь, когда S2 начинает удаляться от черной дыры, планируется продолжение наблюдений. Предполагается, что очень скоро удастся выявить и другой релятивистский эффект: незначительное вращение орбиты звезды, известное как прецессия Шварцшильда.