Gwiazda "tańcząca" wokół czarnej dziury potwierdziła teorię Einsteina. To efekt 27 lat badań

Bartłomiej Pawlak
Naukowcy z Europejskiego Obserwatorium Południowego ujawnili, że orbita gwiazdy obiegającej centralną czarną dziurę naszej galaktyki nie jest stała (ulega precesji). Efekty niemal 30-letnich badań przeczą teorii Newtona, potwierdzając jednocześnie ogólną teorię względności Einsteina.
Zobacz wideo NASA pokazała, jak zachowuje się płomień na pokładzie ISS. Efekt może niektórych zaskoczyć

Albert Einstein w ogólnej teorii względności z 1916 roku przewidział, że orbity obiektów kosmicznych nie są niezmienne, ale ulegają precesji (przesunięciu) w płaszczyźnie ruchu. Założenia te przeczyły opisowi grawitacji Isaaca Newtona, ale szybko okazały się prawdziwe. Pierwszym potwierdzeniem słuszności obliczeń Einstein była precesja orbity Merkurego wokół Słońca, która astronomowie obserwowali od dłuższego czasu. Teraz udało się zaobserwować podobny efekt dla gwiazdy obiegającą supermasywną czarną dziurę.

Naukowcy z ESO zaobserwowali precesję orbity gwiazdy S2

Badacze z Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO) od niemal 30 lat badają centrum naszej galaktyki Drogi Mlecznej. W jej sercu, 26 tys. lat świetnych od Ziemi znajduje się supermasywna czarna dziura Sagittarius A* (o masie 4,3 mln razy większej od Słońca) otoczona przez gęstą gromadę gwiazd.

Znanym nam obiektem położonym najbliżej Sgr A* jest gwiazda S2 obiegająca czarną dziurę po bardzo wydłużonej eliptycznej orbicie. W perycentrum (czyli w najbliższym punkcie orbity) oba obiekty dzieli odległość "zaledwie" 20 mld km. Pokonanie całej drogi wokół Sagittariusa A* zajmuje gwieździe 16 lat i to pomimo, że (podczas zbliżania się do czarnej dziury) S2 pędzi z prędkością aż 3 proc. prędkości światła.

Otoczenie centralnej czarnej dziury Drogi Mlecznej można zobaczyć na poniższej ilustracji:

Orbity obiektów obiegających centralną czarną dziurę Sagittarius A*Orbity obiektów obiegających centralną czarną dziurę Sagittarius A* fot. ESO/L. Calçada/spaceengine.org

Naukowcy z ESO dokładnie przyglądali się wędrówce gwiazdy przez ostatnie 27 lat. W efekcie udało im się ustalić, że orbita S2 ulega precesji. Oznacza to, że wraz z każdym kolejnym okrążeniem wokół Sgr A* orbita S2 nieznacznie przesuwa się. Przyglądając się dłużej możemy zatem zauważyć, że gwiazda rysuje na niebie kształt rozety, a nie elipsy (można zobaczyć to na zdjęciu głównym tego artykułu).

Zespół ESO świetnie zilustrował zjawisko to (nazwane precesją Schwarzschilda) na poniższym filmie:

 

Albert Einstein znów miał rację

Badacze po raz pierwszy zaobserwowali zjawisko precesji Schwarzschilda w odniesieniu do gwiazdy obiegającej czarną dziurę. To bezdyskusyjny dowód na to, że gwiazdy również doświadczają efektów przewidzianych przez Alberta Einsteina w ogólnej teorii względności już ponad 100 lat temu.

Po obserwacji gwiazdy na swojej orbicie przez ponad 2,5 dekady, nasze precyzyjne pomiary dokładnie wykryły, że S2 ulega precesji Schwarzschilda na swojej drodze wokół Sagittariusa A*

- mówi Stefan Gillessen z MPE, który odpowiedzialny był za analizę pomiarów.

Pomiary S2 wpasowują się w ogólną teorię względności tak dobrze, że możemy precyzyjnie ustalić maksymalną ilość niewidzialnej materii, takiej jak rozproszona ciemna materia lub potencjalnie istniejące mniejsze czarne dziury, które mogą znajdować się wokół Sagittariusa A*. Jest to bardzo istotne dla zrozumienia powstawania i ewolucji supermasywnych czarnych dziur

- dodają Guy Perrin i Karine Perraut, francuscy badacze przewodzący projektem.

Zespół astronomów kierujących tym badaniem wykonał ponad 330 pomiarów przy pomocy teleskopów Very Large Telescope i instrumentów GRAVITY, SINFONI i NACO znajdujących się na pustyni Atakama w Chile. Wyniki opublikowano w tym tygodniu w czasopiśmie naukowym "Astronomy & Astrophysics".

W 2018 roku ten sam zespół naukowców odkrył również, że światło od gwiazdy S2 jest rozciągnięte w kierunku dłuższych fal, gdy ta znajduje się bardzo blisko Sagittariusa A*. Zjawisko to również przewidział wcześniej Albert Einstein.