Prvi uspešni neposredni testi Einsteinove splošne teorije relativnosti
Znanstveniki so opazovali zvezdo S2, kako se približuje supermasivni črni luknji v središču naše galaksije.
Odpri galerijo
Umetniška upodobitev bližanja zvezde S2 supermasivni črni luknji v središču naše galaksije. FOTO: ESO/M. Kornmesser
Že od kar je Albert Einstein leta 1915 razvil splošno teorijo relativnosti, se jo znanstveniki trudijo ali ovreči ali potrditi. Po 26-letnem opazovanju z Zelo velikim teleskopom (VLT) v Čilu Evropskega južnega observatorija (ESO) znanstveniki dodajajo nove dokaze, da je imel genij prav, a je še veliko dela, da bi dokazali večino njegovih predvidevanj.
Novinarsko konferenco si lahko ogledate v spodnjem posnetku (v angleščini):
Kot so sporočili iz ESO, so neposredna opazovanja prvič razkrila učinke, ki jih je Einstein predvidel v svoji teoriji, glede gibanja zvezd mimo ekstremno močnega gravitacijskega polja, ki ga ustvarja supermasivna črna luknja v središču naše galaksije.
Zemlji najbližja supermasivna črna luknja se nahaja 26.000 svetlobnih let stran od nas v središču Rimske ceste. Ta gravitacijska pošast, ki ima maso štirih milijonov Sonc, je obkrožena z manjšo skupino zvezd, ki okoli nje krožijo z izjemno hitrostjo. Ekstremno območje - najmočnejše gravitacijsko polje v naši galaksiji - je pravi kraj za raziskovanje področja fizike, ki se ukvarja za gravitacijskimi teorijami, in še posebej primerno za testiranje splošne teorije relativnosti, so navedli pri ESO.
Astrofiziki so s pomočjo izjemno občutljivih instrumentov GRAVITY, SINFONI in NACO na VLT lahko spremljali eno izmed omenjenih zvezd, imenovano S2, ko se je maja 2018 zelo približala črni luknji. V najbližji točki je bila od nje oddaljena manj kot 20 milijard kilometrov (glede na siceršnje vesoljske razdalje to res ni zelo veliko) in se je premikala s hitrostjo, ki je presegla 25 milijonov kilometrov na uro ali skoraj tri odstotke svetlobne hitrosti, ki znaša 299.792.458 m/s ali okoli 1.080.000.000 km/h.
Pri ESO pojasnjujejo, da je ekipa primerjala nove meritve s prejšnjimi opazovanji S2 v skladu s splošnimi gravitacijskimi zakoni (Newtonov zakon), relativnostno teorijo in drugimi. Novi rezultati so bili v neskladju z Newtonovim zakonom, a so povsem sovpadali s predpostavkami Einsteinove teorije.
»Tokrat smo drugič spremljali bližnje srečanje S2 in črne luknje v središču Galaksije. Ampak tokrat, ker imamo boljšo tehnologijo, smo lahko zvezdo spremljali z resolucijo brez primere. Več let smo se pripravljali na ta dogodek, saj smo hoteli potegniti kar največ iz edinstvene priložnosti,« je dejal vodja ekipe Reinhard Genzel z nemškega instituta Max Planck, pri katerem so pri raziskovanju med drugim sodelovali z pariškim observatorijem, univerzama v Grenoblu in Kölnu in portugalskim centrom za astrofiziko ter ESO.
Nove meritve jasno odkrivajo učinek, imenovan gravitacijski rdeči premik, ki ga opazovalec zazna, če je v večjem gravitacijskem potencialu kot vir. Vzrok temu premiku je podaljšanje časa, ki se, kot pravi splošna teorija relativnosti, pojavi blizu masivnih teles. Svetloba zvezde se je raztegnila na daljše valovne dolžine, zato je videti rdečkasto, zaradi zelo močnega gravitacijskega polja črne luknje. Ta sprememba se ujema s predvidevanji velikega genija. Tokrat so prvič spremljali predvideno spremembo v gibanju zvezde ob supermasivni luknji, so poudarili pri ESO.
Kako so prišli do teh ugotovitev? Ekipa je uporabila instrument SINFONI, da je izmerila hitrost S2 med bližnjem in oddaljevanjem od Zemlje, instrument GRAVITY pa omogoča izjemno natančne meritve spreminjanja pozicije S2, da bi definirali obliko njene orbite okoli luknje. Pri ESO poudarjajo, da instrument ustvari tako zelo ostre posnetke, da razkrije premikanje zvezde iz noči v noč ob tem, da se nahaja skoraj 26.000 svetlobnih let od nas.
»Že prva opazovanja zvezde S2 z instrumentom GRAVITY pred dvema letoma so pokazala, da imamo idealni laboratorij. Pri bližnjem srečanju smo lahko zaznali tudi šibek sij okoli luknje na večini slik, kar nam je omogočilo natančno sledenje zvezdi na njeni orbiti in posledično zaznavi gravitacijskega rdečega premika v spektru S2,« je dejal Frank Eisenhauer, vodja raziskav z omenjenima instrumentoma.
Potopite se v središče Galaksije:
A raziskovanja še zdaleč ni konec, saj znanstveniki menijo, da bodo, ko se S2 oddaljuje od črne luknje, zaznali še en efekt v okviru Schwarzschildove geometrije.
Novinarsko konferenco si lahko ogledate v spodnjem posnetku (v angleščini):
Kot so sporočili iz ESO, so neposredna opazovanja prvič razkrila učinke, ki jih je Einstein predvidel v svoji teoriji, glede gibanja zvezd mimo ekstremno močnega gravitacijskega polja, ki ga ustvarja supermasivna črna luknja v središču naše galaksije.
Zemlji najbližja supermasivna črna luknja se nahaja 26.000 svetlobnih let stran od nas v središču Rimske ceste. Ta gravitacijska pošast, ki ima maso štirih milijonov Sonc, je obkrožena z manjšo skupino zvezd, ki okoli nje krožijo z izjemno hitrostjo. Ekstremno območje - najmočnejše gravitacijsko polje v naši galaksiji - je pravi kraj za raziskovanje področja fizike, ki se ukvarja za gravitacijskimi teorijami, in še posebej primerno za testiranje splošne teorije relativnosti, so navedli pri ESO.
Astrofiziki so s pomočjo izjemno občutljivih instrumentov GRAVITY, SINFONI in NACO na VLT lahko spremljali eno izmed omenjenih zvezd, imenovano S2, ko se je maja 2018 zelo približala črni luknji. V najbližji točki je bila od nje oddaljena manj kot 20 milijard kilometrov (glede na siceršnje vesoljske razdalje to res ni zelo veliko) in se je premikala s hitrostjo, ki je presegla 25 milijonov kilometrov na uro ali skoraj tri odstotke svetlobne hitrosti, ki znaša 299.792.458 m/s ali okoli 1.080.000.000 km/h.
Gravitacijski rdeči premik
Pri ESO pojasnjujejo, da je ekipa primerjala nove meritve s prejšnjimi opazovanji S2 v skladu s splošnimi gravitacijskimi zakoni (Newtonov zakon), relativnostno teorijo in drugimi. Novi rezultati so bili v neskladju z Newtonovim zakonom, a so povsem sovpadali s predpostavkami Einsteinove teorije.
»Tokrat smo drugič spremljali bližnje srečanje S2 in črne luknje v središču Galaksije. Ampak tokrat, ker imamo boljšo tehnologijo, smo lahko zvezdo spremljali z resolucijo brez primere. Več let smo se pripravljali na ta dogodek, saj smo hoteli potegniti kar največ iz edinstvene priložnosti,« je dejal vodja ekipe Reinhard Genzel z nemškega instituta Max Planck, pri katerem so pri raziskovanju med drugim sodelovali z pariškim observatorijem, univerzama v Grenoblu in Kölnu in portugalskim centrom za astrofiziko ter ESO.
V najmanjši razdalji od masivne pošati se je zvezda obarvala rdečkasto (gravitacijski rdeči premik), kar je Einstein predvidel v svoji splošni teoriji relativnosti. FOTO: ESO/M. Kornmesser
Nove meritve jasno odkrivajo učinek, imenovan gravitacijski rdeči premik, ki ga opazovalec zazna, če je v večjem gravitacijskem potencialu kot vir. Vzrok temu premiku je podaljšanje časa, ki se, kot pravi splošna teorija relativnosti, pojavi blizu masivnih teles. Svetloba zvezde se je raztegnila na daljše valovne dolžine, zato je videti rdečkasto, zaradi zelo močnega gravitacijskega polja črne luknje. Ta sprememba se ujema s predvidevanji velikega genija. Tokrat so prvič spremljali predvideno spremembo v gibanju zvezde ob supermasivni luknji, so poudarili pri ESO.
Kako so prišli do teh ugotovitev? Ekipa je uporabila instrument SINFONI, da je izmerila hitrost S2 med bližnjem in oddaljevanjem od Zemlje, instrument GRAVITY pa omogoča izjemno natančne meritve spreminjanja pozicije S2, da bi definirali obliko njene orbite okoli luknje. Pri ESO poudarjajo, da instrument ustvari tako zelo ostre posnetke, da razkrije premikanje zvezde iz noči v noč ob tem, da se nahaja skoraj 26.000 svetlobnih let od nas.
»Že prva opazovanja zvezde S2 z instrumentom GRAVITY pred dvema letoma so pokazala, da imamo idealni laboratorij. Pri bližnjem srečanju smo lahko zaznali tudi šibek sij okoli luknje na večini slik, kar nam je omogočilo natančno sledenje zvezdi na njeni orbiti in posledično zaznavi gravitacijskega rdečega premika v spektru S2,« je dejal Frank Eisenhauer, vodja raziskav z omenjenima instrumentoma.
Potopite se v središče Galaksije:
A raziskovanja še zdaleč ni konec, saj znanstveniki menijo, da bodo, ko se S2 oddaljuje od črne luknje, zaznali še en efekt v okviru Schwarzschildove geometrije.
