Астрономи на основі аналізу даних за 26 років спостережень вперше підтвердили передбачувані загальною теорією відносності особливості руху зірки в сильному гравітаційному полі надмасивної чорної діри в центрі Чумацького Шляху. Наукова стаття опублікована в журналі коротко про неї розповідається в прес-релізі на сайті Європейської південної обсерваторії.
З моменту появи Загальної теорії відносності фізики змогли провести безліч підтверджуючих її експериментів: виявити відхилення світла зірок поблизу Сонця (або поспостерігати явище гравітаційної лінзи на прикладі далеких галактик), помітити уповільнення часу при русі в гравітаційному полі, виміряти зміщення перицентру орбіти на замкнутій траєкторії (аномальне зрушення перигелія Меркурія) і кілька разів зареєструвати гравітаційні хвилі. Не так давно з'явилася нова можливість перевірки ОТГ та експериментальної реєстрації релятивістських ефектів, що полягають у виявленні передбачених розбіжностей в параметрах орбіт найближчих до чорної діри Чумацького Шляху зірок.
Яскрава зірка S2 (або S0-2) спектрального класу В є однією з найбільш вивчених зірок, що належать S-скупченню - групі швидко рухомих зірок, яка відкрита в 2002 році в центрі Чумацького Шляху, поблизу надмасивної чорної діри (Стрілець А *). Вона здійснює повний обіг навколо чорної діри за 16 років і наближається до неї на 17 світлових годин, що в 4 рази більше, ніж відстань від Сонця до Нептуна. Останній раз такі зближення мали місце в 2002 році і в травні цього року. Теорія відносності передбачає, що під час руху тіла (зірки) поблизу досить масивного об'єкта (наприклад, чорної діри) буде спостерігатися релятивістське червоне зміщення, що полягає в зсуві частоти випромінювання, що випускається тілом, в червону область спектру, а також інші ефекти, наприклад зміщення перицентру орбіти.
Раніше вже була показана можливість експериментальної реєстрації релятивістських ефектів у зірки S-2, що полягає у виявленні передбачених розбіжностей у параметрах її орбіти, а також вчені з'ясували, що її параметри не вплинуть на спостереження. Тоді зміни у формі орбіти склали кілька відсотків, а зміна орієнтації - близько однієї шостої частини градуса, що в межах похибки добре збігається зі значенням, яке дає теорія. Однак найважливіше значення мали дані, зібрані в травні 2018 року, коли зірка наблизилася до чорної діри на відстані менше 20 мільярдів кілометрів і рухалася зі швидкістю понад 25 мільйонів кілометрів на годину.
Спостереження за нею велися за допомогою приймачів GRAVITY, SINFONI і NACO, встановлених на телескопі VLT в Чилі. Описуючи точність інструменту GRAVITY на прес-конференції, присвяченій новим результатам, Франсуаза Дельпланк з Європейської південної обсерваторії навела таку аналогію: його можливостей вистачило б для того, щоб, залишаючись там же в Чилі, працювати як система відеодопомоги арбітрам і відстежувати становище м'яча на гіпотетичному футбольному матчі на Місяці.
Потім астрономи порівняли дані за формою орбіти зірки і її променевої швидкості з передбаченнями ньютонівської теорії тяжіння, загальної теорії відносності та іншими теоріями і виявили повну відповідність з передбаченнями ОТГ. Тепер астрономи мають природну «лабораторію» з дослідження надмасивних чорних дір і релятивістських ефектів. Надалі спостереження триватимуть, вчені сподіваються, що вдасться виявити ще один релятивістський ефект, пов'язаний з обертанням орбіти зірки S0-2 - прецесію Шварцшильда.
У ході прес-конференції Райнхард Генцель з Інституту позаземної фізики суспільства Макса Планка зазначив, що нові спостереження стали черговим кроком на шляху до доказу загальної теорії відносності. «Попереду ще багато кроків, але цей ми пройшли на відмінно», - сказав Генцель. Його колега, Одель Страуб з Паризької обсерваторії додала, що спостережень ніколи не буде достатньо для того, щоб вважати теорію повністю доведеною, але в найближчому майбутньому за допомогою інструментів телескопа VLT вчені розраховують побачити в «прекрасній лабораторії» в центрі галактики та інші ефекти, передбачені ОТГ. "Я сподіваюся, що ми побачимо в центрі галактики і щось, що ейнштейновська фізика не зможе пояснити. Це буде по-справжньому захоплююче, тому що нам доведеться повернутися до теоретичних побудов ", - додала Страуб.
Раніше ми розповідали про те, як теорія відносності виявилася причетна до кольору атомів золота і допомогла «вижити» аніону платини, яким чином гравітаційна лінза дозволила розгледіти одну дуже далеку галактику і показала відразу чотири моменти життя однією надновою. Про гучні події реєстрації гравітаційних хвиль читайте в нашому спеціальному матеріалі.