Раскрытие этой тайны потребовало почти тридцатилетнего наблюдения, в течение которого анализировалось поведение звезды и гравитационного источника, расположенного в центре нашей Галактики.
Ученые из Института внеземной физики имени Макса Планка (Германия) завершили 27-летнее исследование и получили результаты, подтверждающие Общую теорию относительности Эйнштейна. Статья с выводами опубликовали в журнале Astronomy & Astrophysics.
Звезда S2, которая вращается вокруг сверхмассивной черной дыры Стрелец A*, находящейся в центре Млечного Пути, следует «розеткообразной» орбите, а не эллиптической. Если бы верна Общая теория относительности, которая предполагает, что связанные объекты вокруг друг друга движутся, прецессируя вперед по плоскости движения.
В противном случае, если бы небесные тела подчинялись только принципам ньютоновской теории тяготения, то звезда должна была двигаться по замкнутой эллиптической орбите.
Благодаря продолжительному и детальному комплексу наблюдений, измерений и анализа, проведенному исследователями, в том числе с использованием оборудования VLT (Очень большого телескопа), стало возможным установить это).
У большинства звезд и планет траектории движения не являются идеально круглыми, что приводит к изменению расстояния между ними и центрального объекта. Орбита S2 демонстрирует прецессию, то есть ее ближайшая к сверхмассивной черной дыре точка смещается с каждым оборотом, вызывая сдвиг следующей орбиты относительно предыдущей. Накопление этих смещений приводит к образованию структуры, напоминающей «лепестки». Подобный эффект впервые был замечен в движении Меркурия вокруг Солнца. Это смещение, зафиксированное в середине XIX века, стимулировало физиков к поиску объяснения, которое впоследствии было предложено Эйнштейном.
Общая теория относительности даёт точные прогнозы изменения орбиты S2. Экспериментаторы нашли, что их данные точно соответствуют этим предсказаниям. Этот эффект, известный как прецессия Шварцшильда, обнаружен в исследованиях над звездой, обращающейся вокруг сверхмассивной черной дыры.
Скопление звезд, включая Стрельца А*, и звезды-звезды, обращающиеся вокруг этого компактного центра гравитации, находятся на расстоянии 26 тыс. световых лет от Солнца. Этот природный «лабораторий» позволяет исследователям проверять фундаментальные физические и астрономические теории в экстремальных условиях гравитационной силы. Движение звезды S2 делает ее одним из ближайших к сверхмассивной черной дыре, известной человечеству.
«Следуя ОТО, мы можем установить строгие ограничения на содержание в окрестностях Стрельца А* невидимой материи, например распределенной темной материи или возможных черных дыр меньших размеров.
Для наблюдения за движением S2 вокруг черной дыры астрофизикам потребовалось 27 лет, поскольку один оборот занимает несколько лет. Для точного отслеживания изменений в орбите ученые использовали инструменты VLT, расположенного в чилийской пустыне Атакама. В ходе исследования было сделано 330 «подходов», в процессе которых измерялись и анализировались все особенности положения S2.
В проекте, помимо немецких ученых, принимали участие их коллеги из Франции, Португалии, Германии и организации ESO. Коллаборация, созданная ими и названная GRAVITY в честь одного из приборов для VLT, два года назад предоставила дополнительное подтверждение Общей теории относительности (наблюдение изменения световых волн, исходящих от S2). По мере создания более совершенного Чрезвычайно большого телескопа (Extremely Large Telescope) исследователи рассчитывают получить более подробные сведения, касающиеся как предсказаний Общей теории физики, так и данных о свойствах черной дыры и ее спутников.