V roce 1915 vydal Albert Einstein svou slavnou teorii obecné relativity, která poskytla jednotný popis gravitace jako geometrické vlastnosti prostoru a času. Tato teorie dala vznik moderní teorii gravitace a revoluci v našem chápání fyziky. Přestože od té doby uplynulo století, vědci stále provádějí experimenty, které potvrzují předpovědi jeho teorie.
Díky nedávným pozorováním týmu mezinárodních astronomů (známých jako spolupráce GRAVITY) byly účinky General Relativity odhaleny poprvé pomocí Supermassive Black Hole (SMBH). Tato zjištění byla vyvrcholením 26leté kampaně pozorování SMBH ve středu Mléčné dráhy (Střelec A *) pomocí nástrojů Evropské jižní observatoře (ESO).
Studie, která popisuje zjištění týmu, se nedávno objevila v časopise Astronomie a astrofyzika, s názvem „Detekce gravitačního červeného posunu na oběžné dráze hvězdy S2 v blízkosti obrovské galaktické díry“. Studii vedl Roberto Arbuto z ESO a zahrnovali členy ze spolupráce GRAVITY - kterou vede Reinhard Genzel z Institutu Maxe Plancka pro mimozemskou fyziku (MPE) a zahrnuje astronomy z několika evropských univerzit a výzkumných ústavů.
Pro jejich studium se tým spoléhal na data shromážděná extrémně citlivými a vysoce přesnými nástroji VLT. Jednalo se o astrometrický a interferometrický přístroj GRAVITY, spektrograf pro pozorování integrálního pole v blízkém infračerveném (SINFONI) a nasmyth adaptivní optický systém (NAOS) - blízký infračervený zobrazovač a spektrograf (CONICA), které jsou společně známé jako NACO.
Nová infračervená pozorování shromážděná těmito nástroji umožnila týmu sledovat jednu z hvězd (S2), která obíhá kolem Střelce A *, když procházela před černou dírou - která se konala v květnu 2018. V nejbližším bodě na její oběžné dráze , hvězda byla ve vzdálenosti méně než 20 miliard km (12,4 miliardy mi) od černé díry a pohybovala se rychlostí vyšší než 25 milionů km / h (15 milionů mph) - téměř tři procenta rychlosti světla .
Zatímco nástroj SINFONI byl používán k měření rychlosti S2 směrem k Zemi a od Země, přístroj GRAVITY v interferometru VLT (VLTI) provedl mimořádně přesná měření měnící se polohy S2, aby definoval tvar své oběžné dráhy. Nástroj GRAVITY poté vytvořil ostré obrazy, které odhalily pohyb hvězdy, když procházela blízko k černé díře.
Tým poté porovnal měření polohy a rychlosti s předchozími pozorováními S2 pomocí jiných přístrojů. Tyto výsledky pak porovnali s předpovědi Newtonova zákona univerzální gravitace, obecné relativity a dalších teorií gravitace. Jak se očekávalo, nové výsledky byly v souladu s předpovědi Einsteina před sto lety.
Jak uvedl v nedávné tiskové zprávě ESO Reinhard Genzel, který kromě toho, že byl vůdcem spolupráce GRAVITY, byl spoluautorem příspěvku:
"Je to podruhé, že jsme pozorovali těsný průchod S2 kolem černé díry v našem galaktickém centru." Tentokrát jsme však díky mnohem vylepšenému vybavení dokázali hvězdu pozorovat s bezprecedentním rozlišením. Již několik let se na tuto událost intenzivně připravujeme, protože jsme chtěli využít této jedinečné příležitosti k pozorování obecných relativistických efektů. “
Při pozorování s novými nástroji VLT si tým všiml efektu zvaného gravitační červený posun, kdy světlo přicházející ze S2 změnilo barvu, když se přibližovalo k černé díře. Bylo to způsobeno velmi silným gravitačním polem černé díry, která natáhla vlnovou délku světla hvězdy a způsobila, že se posunula směrem k červenému konci spektra.
Změna vlnové délky světla ze S2 přesně souhlasí s tím, co Einsteinova polní rovnice předpovídá. Jak Frank Eisenhauer - výzkumný pracovník z Institutu mimozemské fyziky Maxe Plancka, hlavního řešitele GRAVITY a spektrografu SINFONI a spoluautor studie - uvedl:
“Naše první pozorování S2 s GRAVITY, asi před dvěma lety, již ukázalo, že budeme mít ideální laboratoř pro černé díry. Během úzkého průchodu jsme mohli na většině obrazů dokonce detekovat slabou záři kolem černé díry, což nám umožnilo přesně sledovat hvězdu na její oběžné dráze, což nakonec vedlo k detekci gravitačního červeného posunu ve spektru S2.”
Zatímco byly provedeny další testy, které potvrdily Einsteinovy předpovědi, je to poprvé, kdy byly účinky obecné relativity pozorovány při pohybu hvězdy kolem supermasivní černé díry. V tomto ohledu se Einstein znovu osvědčil s využitím jedné z nejextrémnějších laboratoří! Navíc potvrdilo, že testy zahrnující relativistické účinky mohou poskytnout konzistentní výsledky v čase a prostoru.
"Tady ve Sluneční soustavě můžeme nyní a za určitých okolností testovat fyzikální zákony," řekla Françoise Delplancke, vedoucí oddělení systémového inženýrství v ESO. "V astronomii je tedy velmi důležité zkontrolovat, zda jsou tyto zákony stále platné tam, kde jsou gravitační pole mnohem silnější."
V blízké budoucnosti bude možné provést další relativistický test, jakmile se S2 vzdálí od černé díry. Toto je známé jako Schwarzschildova precese, kde se očekává, že hvězda zažije malou rotaci na své oběžné dráze. GRAVITY Collaboration bude sledovat S2, aby také pozoroval tento efekt, a opět se spoléhat na velmi přesné a citlivé přístroje VLT.
Jak naznačil Xavier Barcons (generální ředitel ESO), tohoto úspěchu bylo umožněno díky duchu mezinárodní spolupráce představovanému spoluprací GRAVITY a nástroji, které pomohly ESO rozvíjet:
„ESO spolupracuje s Reinhardem Genzelem a jeho týmem a spolupracovníky v členských státech ESO více než čtvrt století. Bylo obrovskou výzvou vyvinout jedinečně silné nástroje potřebné k provedení těchto velmi citlivých měření a nasadit je ve VLT v Paranalu. Objev oznámený dnes je velmi vzrušujícím výsledkem pozoruhodného partnerství. “
A nezapomeňte se podívat na toto video úspěšného testu GRAVITY Collaboration, s laskavým svolením ESO:
