Звезды, вращающиеся вокруг центра нашей галактики, впервые подтвердили правильность Общей теории относительности. Доказать это удалось благодаря многолетним наблюдениям за ними.
Звездопляска подтвердила правоту Эйнштейна
Наблюдая за звездами, быстро движущимися вблизи центра галактики Млечный Путь, астрономы смогли получить еще одно наблюдательное проявление Общей теории относительности, предложенной Эйнштейном век назад. Согласно современным данным, в центре нашей галактики Млечный Путь, который находится в 26 тыс. световых лет от Солнца, имеется сверхмассивная черная дыра массой в 4 млн масс Солнца. До появления Общей теории относительности при описании движения космических тел астрономы полагались на законы ньютоновской механики. Однако ОТО, предложенная в 1915 году Альбертом Эйнштейном, постулировала, что природа гравитации более сложна и на движение астрофизических объектов оказывает влияние кривизна пространства-времени. Искривление это вызывают различные тяготеющие объекты, такие как звезды, планеты и черные дыры, подобно тому, как тяжелый шар, помещенный в центр батута, искривляет под собой его поверхность. Одним из предсказаний ОТО стало утверждение, что перигелии всех планетных орбит должны прецессировать. И наблюдаемая прецессия перигелия Меркурия стала первым наблюдаемым доказательством верности Теории относительности. Теперь же, спустя век после истории с Меркурием, астрономы Европейской южной обсерватории сумели показать, что подобные релятивистские эффекты оказывают влияние на движение тел на куда больших масштабах — вблизи центра нашей галактики. В течение двадцати лет, используя телескоп VLT (Very Large Telescope) Европейской южной обсерватории в Чили, астрономы отслеживали движения трех звезд вблизи Стрельца A* — компактного радиоисточника, который ассоциируется со сверхмассивной черной дырой в центре галактики. Анализ этих движений показал, что орбита одной из этих звезд – S2 – не описывается уравнениями ньютоновской механики. S2 — звезда в 15 раз тяжелее Солнца, которая бешено вращается вокруг центральной черной дыры по эллиптической орбите с периодом 16 лет. Каждый раз приближаясь к черной дыре, звезда оказывается от нее на расстоянии всего 17 световых часов, что соответствует 120 расстояниям между Землей и Солнцем. Именно в этот момент орбита звезды претерпевает мельчайшие отклонения, которые не могут быть описаны законами Ньютона, а, наоборот, совпадают с предсказаниями Общей теории относительности. «Мы проанализировали данные на предмет того, что ждали от ОТО, и увидели серьезные указания, что мы получили ожидаемый ответ», — рассказал Андреас Екарт из Университета Кельна, автор работы, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal. Отклонения звезды от «ньютоновской» орбиты оказались едва заметными — параметры орбиты отклонились лишь на несколько процентов. «Галактический центр действительно является лучшей лабораторией для изучения звезд в релятивистском окружении. Я был поражен тому, как нам удалось применить разработанные нами методы к высокоточным данным для звезд, быстро вращающихся вокруг сверхмассивной черной дыры», — сказал Марцих Парса, студент, участвовавший в работе. По словам ученых, наблюдение релятивистского эффекта на таких больших масштабах — важное достижение, впрочем, они называют свои результаты предварительными. Это связано с недостатком качественных наблюдательных данных этого региона в прошлом и с удаленностью от Земли объекта наблюдений. «Чтобы проверить, есть ли здесь нарушение Общей теории относительности, нам надо куда большее отношение сигнал/шум», — пояснил астрофизик. Подтвердить ранее сделанные выводы ученые намерены путем дополнительных наблюдений уже в 2018 году, когда звезда S2 вновь подойдет к черной дыре на минимально возможное расстояние. Если выводы подтвердятся, это станет первым наблюдаемым доказательством релятивистских эффектов на примере звезд, движущихся в гравитационном поле сверхмассивной черной дыры. Провести более точные измерения позволит установленный на телескопе VLT новый прибор GRAVITY, который начал работу в 2016 году.