Ученые постоянно находят новые доказательства того, что Альберт Эйнштейн «прав». Последний пример исходит от астрономов, использующих Очень Большой Телескоп (VLT) Европейской южной обсерватории в Чили. Астрономы изучают звезды, которые вращаются в опасной близости от сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики, чтобы обнаружить это - вы уже догадались! - Эпохальная общая теория относительности Эйнштейна держится крепко даже на пороге самого экстремального гравитационного поля в нашей галактике.
Сверхмассивные лаборатории
Известно, что в ядрах большинства галактик скрываются сверхмассивные черные дыры, и наша галактика Млечный Путь не исключение. Расположенный примерно в 26 000 световых годах от Земли, наш гигант черной дыры называется Стрелец A (также известный как Sgr A), и его масса в 4 миллиона раз превышает массу нашего Солнца. Астрофизики очень заинтересованы в черных дырах, поскольку они являются самыми компактными объектами с преобладающим гравитационным полем, известными во Вселенной, и, следовательно, представляют собой экстремальный тест на теорию относительности.
Отслеживая движение звезд, вращающихся вокруг Sgr A, группа немецких и чешских астрономов проанализировала 20-летние наблюдения, сделанные VLT и другими телескопами, используя новую технику, которая точно определяет положение этих звезд. Одна из звезд, названная S2, обращается вокруг Стрельца A каждые 16 лет и приближается к черной дыре очень близко - примерно в четыре раза больше, чем расстояние от Солнца до Нептуна. Из-за своей ипподромной орбиты глубоко внутри гравитационного колодца черной дыры S2 рассматривается как «зонд» естественной теории относительности в этой таинственной среде «сильной гравитации».
«Галактический центр действительно является лучшей лабораторией для изучения движения звезд в релятивистской среде», - сказал доктор философии. студентка Марцие Парса, которая работает в Кёльнском университете в Германии, в заявлении. «Я был поражен, насколько хорошо мы смогли применить методы, которые мы разработали для смоделированных звезд, к высокоточным данным для самых внутренних высокоскоростных звезд, близких к сверхмассивной черной дыре». Парса - ведущий автор исследования, опубликованного в The Astrophysical Journal.
Ньютон, познакомьтесь с Эйнштейном
Точно измерив ее движение вокруг черной дыры, исследователи смогли сравнить ее орбиту с предсказаниями классической ньютоновской динамики. Они обнаружили, что фактическая орбита звезды отклонилась от ньютоновских предсказаний точно так, как предсказывала общая теория относительности Эйнштейна, хотя эффект был незначительным.
В двух словах, эйнштейновская гравитация рассматривает пространство и время как два одинаковых - четырехмерное «пространство-время», где время - это еще одно измерение, включенное в три измерения пространства, - и материя влияет на кривизну пространства-времени, в то время как кривизна пространства-времени влияет на движение материи. Например: если у вас есть массивный объект, он будет искривлять пространство-время, как в известном примере с шаром для боулинга, подвешенным на резиновом листе. Если другой объект пройдет мимо массивного объекта, кривизна пространства-времени изменит направление его движения - как шарик, катящийся мимо шара для боулинга.
Классическая ньютоновская гравитация предполагает, что пространство и время являются отдельными измерениями, и не включает эффекты искривления пространства-времени. Следовательно, общая теория относительности оставит отпечаток в движении всех движущихся объектов во Вселенной (создавая отклонение в предсказанном ньютоновском движении объекта), и ее незначительные эффекты станут очевидными в чрезвычайно сильной гравитационной среде, например, в непосредственной близости от Sgr A.. И только точные инструменты, такие как VLT, который использует адаптивную оптику для устранения эффектов размытия атмосферы Земли из астрономических наблюдений, могут обнаружить это отклонение..
В 2018 году S2 пролетит к ближайшей точке своей орбиты вокруг Sgr A, и астрономы, использующие VLT, готовят новый инструмент, чтобы получить еще более точное представление об экстремальных условиях, окружающих черную дыру. Прибор, названный GRAVITY, установлен на интерферометре VLT, и астрономы предсказывают, что он не только получит еще более точную оценку общей теории относительности Эйнштейна, но и может даже обнаружить отклонения от относительности, возможно, намекая на новую физику за пределами относительности.
Интересно
Термин «новая физика» относится к теоретическим разработкам в физике, необходимым для объяснения недостатков стандартной модели и общей теории относительности. Например, современная физика не может объяснить, почему материи во Вселенной больше, чем антиматерии, поэтому проводятся эксперименты по поиску физических явлений, выходящих за рамки стандартной модели.