Pirmą kartą užfiksuotas žvaigždės šokis apie supermasyvią juodąją bedugnę patvirtina Einšteino teisumą

ESO VLT atlikti stebėjimai pirmą kartą parodė, kad aplink Paukščių Tako supermasyvią juodąją bedugnę žvaigždė juda taip, kaip numatyta Einsteino bendrojoje reliatyvumo teorijoje. Jos orbita panaši į rozetę, o ne elipsinė, kaip numato Niutono gravitacijos teorija. Šį ilgai lauktą rezultatą pavyko pasiekti beveik per 30 metų, vis tikslesniais matavimais, atskleidžiant Galaktikos centre tūnančios milžinės paslaptis.

Stebėjimai ESO Labai dideliu teleskopu (Very Large Telescope – VLT) pirmą kartą parodė, kad apie Paukščių Tako centre esančią supermasyvią juodąją bedugnę besisukanti žvaigždė skrieja taip, kaip numato Bendroji reliatyvumo teorija. Jos orbita panaši į žiedelį, o ne elipsiėn, kaip numato Niutono gravitacijos teorija. Šis efektas, vadinamas Schwarzschildo precesija, niekada anksčiau nebuvo užfiksuotas žvaigždei, skriejančiai apie juodąją bedugnę. Dailininko pavaizduotoje žvaigždės orbitos precesijoje efektas padidintas, kad būtų akivaizdesnis. © ESO/L. Calçada

Atlikdami tyrimus ESO VLT, mokslininkai daugiau sužino apie supermasyvią mūsų galaktikos centre esančią SMJB. „Kadangi S2 matavimai taip tiksliai atitinka BRT, galime susiaurinti ribas, kiek apie Šaulio A* yra tokios neregimos materijos, kaip išsibarsčiusi tamsioji materija ar mažų juodųjų bedugnių. Tai itin svarbu, norint suprasti supermasyvių juodųjų bedugnių formavimąsi ir evoliuciją,“ pažymi projektui vadovaujantys mokslininkai iš Prancūzijos Guy Perrin ir Karine Perraut.

Šis rezultatas yra 27 metus trukusio S2 žvaigždės stebėjimo – didelę dalį šio laiko ESO VLT instrumentais Atacama dykumoje, Čilėje – kulminacija. Naujojo tyrimo kruopštumą ir tikslumą užtikrina duomenų taškai, užfiksavę žvaigždės poziciją: komanda iš viso atliko 330 matavimų GRAVITY, SINFONI ir NACO instrumentais. Kadangi S2 apie SMJB apskrieja per 16 metų, norint išsiaiškinti jos orbitos ypatybes, buvo itin svarbu žvaigždės judėjimą sekti beveik tris dešimtmečius.

Tyrimą atliko tarptautinė komanda, kuriai vadovavo Frank Eisenhauer iš MPE su kolegomis iš Prancūzijos, Portugalijos, Vokietijos ir ESO. Ši komanda sudaro GRAVITY sandarbį, pavadintą pagal instrumentą, kurį jie sukūrė VLT Interferometrui, kuris apjungia visus keturis 8 metrų skersmens VLT teleskopus į superteleskopą (kurio raiška prilygsta 130 metrų skersmens teleskopui). Ta pati komanda 2018 metais pranešė apie kitą BRT numatytą efektą: jie užfiksavo S2 šviesos bangų pailgėjimą, jai praskrendant pro Šaulio A*. „Ankstesnis mūsų rezultatas parodė, kad žvaigždės šviesą paveikė Bendrasis reliatyvumas. Dabar parodėme, kad BRT aprašytus efektus patiria ir pati žvaigždė,“ sako Paulo Garcia, Portugalijos Astrofizikos ir gravitacijos centro tyrėjas ir vienas iš vadovaujančių GRAVITY projekto mokslininkų.

S2 orbitos apie Sgr A* (juodas kryželis prie 0,0) taškai buvo surinkti skirtingais VLT instrumentais ilgiau nei 27 metus. Nors žvaigždės orbita paveikslėlyje atrodo beveik uždara, maža Schwarzschildo precesija užtikrinta aptinkama ir atitinka teorines bendrosios reliatyvumo teorijos prognozes. Šis efektas yra smarkiai padidintas dailininko vizualizacijoje aukščiau. Grafikas dešinėje rodo, kad žvaigdės pozicijos (žydri taškai) atitinka teorines BRT prognozes (raudona linija) matavimo paklaidos ribose. Niutono prognozės (mėlyna punktyrinė linija) aiškiai neatitinka. © MPE

Statomu ESO „Extremely Large Telescope“ komanda tikisi išvysti daug blankesnes žvaigždes, besisukančias dar arčiau supermasyvios juodosios bedugnė. „Jei pasiseks, gali pavykti užfiksuoti žvaigždes, kurios yra pakankamai arti, kad jas veiktų juodosios bedugnės sukimasis,“ sako dar vienas iš vadovaujančių projekto mokslininkų Andreas Eckart iš Cologne universiteto. Taip astronomai galėtų išmatuoti Šaulio A* charakteristikas, sukimąsi ir masę, kurios lemia aplinkinį laiką ir erdvę. „Tai būtų visiška naujas reliatyvumo patikrinimo lygis," pažymi Eckart.

Šis tyrimas pristatytas žurnalo „Astronomy & Astrophysics“ straipsnyje „Detection of the Schwarzschild precession in the orbit of the star S2 near the Galactic centre massive black hole“.

ESO / phys.org