Результатом анализа данных за 26 лет астрономических наблюдений стало официальное подтверждение предсказанной общей теорией относительности особенности движения звезды в сильном гравитационном поле сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. Об этом сообщается в статье научного журнала Astronomy & Astrophysics.
Объектом исследования для ученых все эти годы являлась звезда S2, расположенная рядом с сверхмассивной черной дырой Стрелец А*, находящейся в галактическом центре Млечного Пути. Черная дыра обладает массой в четыре миллиона раз больше массы Солнца и расположена на расстоянии 26 тысяч световых лет от Земли. Сама звезда S2, относящаяся к спектральному классу B, является одной из самых изученных звезд, принадлежащих S-скоплению — группе быстро движущихся звезд, открытой в 2002 году.
«Это лишь второе сближение звезды S2 и черной дыры, за которым нам удалось проследить. С другой стороны, точность инструментов заметно выросла за последние десять лет, что позволило проследить за этой встречей со сверхвысоким разрешением. Мы тщательно готовились к этому событию в течение нескольких лет, поскольку оно позволяет на практике проверить особенность релятивистских эффектов», — заявил Райнхард Генцель из Института внеземной физики Общества Макса Планка в Гархинге (Германия).
Черную дыру окружают несколько десятков звезд и несколько крупных облаков газа, которые периодически с ней сближаются на опасное расстояние. Согласно общей теории относительности Эйнштейна, эти сближения и связанные с ними релятивистские эффекты будут особым образом влиять на орбиту звезды, смещая ее перицентр. И ученые смогли это подтвердить на практике.
В 2003 году звезда сблизилась с черной дырой на опасное расстояние, что впервые позволило астрофизикам проследить за тем, изменилась ли ее траектория под действием притяжения черной дыры. Следующее сближение звезды с Стрельцом А* состоялось лишь в мае этого года, к чему ученые очень долго и тщательно готовились. За событием следили несколько ведущих телескопов мира.
«Хаббл», VLT и другие крупнейшие обсерватории Земли начали вести практически постоянные наблюдения за S2 с апреля этого года, используя инструменты SINFONI, GRAVITY и NACO, работающие в инфракрасном и ближнем инфракрасном диапазонах спектра.
Важнейшее значение имели данные, собранные именно в мае 2018 года, когда звезда приблизилась к черной дыре на расстоянии менее 20 миллиардов километров. Эффект взаимодействия между черной дырой и звездой оказался настолько сильным, что черная дыра разогнала скорость движения последней до 25 миллионов километров в час (почти 3 процента от скорости света).
Ученые отмечают, что взаимодействие, в частности, проявлялось в резком изменении цвета звезды под действием так называемого гравитационного красного смещения – «растягивания» электромагнитных волн при их попадании в области с сильным гравитационным полем. В случае с S2, звезда заметно «покраснела» при сближении с Стрельцом А*, после чего, через некоторое время приобрела свой привычный цвет. Сила этого эффекта, как показали наблюдения VLT, полностью соответствовала тому, что предсказывает теория относительности и связанный с ней феномен гравитационного замедления времени.
«Наши изначальные наблюдения за S2 с помощью инструмента GRAVITY начались около двух лет назад. Уже тогда мы определили четкий эффект красного смещения, связанного с черной дырой, что в очередной раз подтвердило общую теорию относительности Эйнштейна», — говорит астрофизики Фрэнк Эйзенхауэр, работающий с спектрографами GRAVITY и SINFONI.
«Во время максимального сближения на большинстве изображений мы даже отметили слабое свечение вокруг черной дыры, что позволило очень точно проследить за орбитой звезды и в конечном итоге стать свидетелями гравитационного красного смещения S2».
Аналогичным образом ученые подтвердили, что движения S2 отклонилась от ее привычной Ньютоновской орбиты на то значение, которое было вычислено при помощи выкладок Эйнштейна. И то, и другое, как считают Генцель и его команда, в очередной раз говорит о том, что Эйнштейн прав в описании того, как ведет себя ткань пространства-времени и вся Вселенная в целом.
Исследователи говорят, что теперь обладают природной «лабораторией» по исследованию сверхмассивных черных дыр и релятивистских эффектов.
