Вперше передбачення загальної теорії відносності перевірені на русі зірки навколо надмасивної чорної діри в центрі нашої Галактики.
Після недавнього відкриття гравітаційних хвиль астрономи отримали ще одне підтвердження справедливості загальної теорії відносності Ейнштейна. Вони вперше виявили передбачувані цією теорією особливості руху зірки в дуже сильному гравітаційному полі, створеному надмасивною чорною дірою в центрі нашої Галактики, Чумацького Шляху.
Цього великого успіху досягли астрономи Європейської південної обсерваторії (ESO) в Чилі, які вже 26 років спостерігають за центром Галактики на «Дуже Великому Телескопі» (Very Large Telescope, VLT). У своїй роботі вони порівняли вимірені за 26 років різними інструментами положення і швидкості зірки S2 з передбаченнями різних теорій гравітації і з'ясували, що отримані результати не узгоджуються з передбаченнями ньютонівської теорії гравітації, зате знаходяться в прекрасній відповідності з загальною теорією відносності. Про це вони розповіли в журналі Astronomy & Astrophysics
На відстані близько 26 000 світлових років від Землі в сузір'ї Стрільця розташований центр нашої Галактики, в якому знаходиться надмасивний об'єкт, що являє собою, очевидно, чорну діру. У космічному просторі він асоціюється з радіоджерелом, який у астрономів отримав назву Стрілець А * (Sgr A *). Параметри цієї чорної діри були отримані завдяки дослідженню руху зірок, що звертаються навколо неї на малих відстанях. В першу чергу зірки S2, яка найбільш близько підходить до Стрільця А *. Спостереження за нею ведуться з 1992 року. Звертаючись навколо Sgr A * за 16 років, ця зірка наближається до нього на 120 астрономічних одиниць (1 а. е. дорівнює відстані від Землі до Сонця, близько 150 мільйонів км), що всього в чотири рази більше, ніж відстань від Сонця до Нептуна. Розмір самої чорної діри, її радіус Шварцшильда, становить близько 1 о.о.
За останніми оцінками маса Sgr A * перевищує чотири мільйони сонячних мас. Це означає, що зірка S2 знаходиться в найпотужнішому полі гравітації. Її орбітальна швидкість досягає фантастичного значення в 7650 км/с. Тому при її русі повинні чітко проявлятися ефекти, передбачувані сучасною теорією гравітації - загальною теорією відносності, початок розробки якої поклав Альберт Ейнштейн більше ста років тому. Все це робить S2 прекрасною лабораторією для дослідження гравітації та перевірки загальної теорії відносності.
Коли S2 наближалася до Sgr A * минулого разу, 2002 року, у розпорядженні астрономів ще не було достатньо точних інструментів, щоб надійно виявити ці ефекти. Але до наступного зближення, яке відбулося в травні 2018 року, дослідники ретельно підготувалися.
Зокрема, в 2004 році запрацював надзвичайно чутливий інфрачервоний спектрометр SINFONI, а для дуже точних вимірювань орбіти S2 дослідники з 2012 року використовують інструмент GRAVITY, що об'єднує відразу всі чотири телескопи VLT з діаметром дзеркала 8,2 м в режимі інтерферометра (VLTI). У результаті VLT еквівалентний кутовій роздільній здатності телескопа з дзеркалом 130 метрів, що робить його найбільшим оптичним телескопом на Землі. Його кутова роздільна здатність сягає кількох мілісекунд дуги. А системи адаптивної оптики дозволяють отримувати в інфрачервоному діапазоні зображення, в 4 рази більш чіткі, ніж космічний телескоп Хаббла.
Нові вимірювання дозволили виявити у S2 так зване гравітаційне червоне зміщення. Дуже сильне гравітаційне поле чорної діри збільшує довжини хвиль випромінюваного зіркою випромінювання, як би розтягуючи їх. Це призводить до зміщення спектральних ліній у червоний бік спектра в міру наближення S2 до чорної діри. Потім вони повертаються на місце при видаленні зірки. Ця зміна довжин хвиль в точності збігається з тим, яке пророкує загальна теорія відносності.
Астрономи сподіваються, що подальші спостереження за S2 до 2020 року дозволять виявити ще один релятивістський ефект - зміщення еліптичної орбіти зірки навколо чорної діри, відоме також як прецесія Шварцшильда. При цьому еліпс орбіти трохи повернеться в просторі порівняно з попереднім положением.100 років тому величина зміщення орбіти Меркурія, правильно обчислювана загальною теорією відносності, стала одним з найважливіших аргументів на її користь.
За матеріалами Прес релізу ESO