Zum ersten Mal haben Forscher beobachtet, wie ein Stern am supermassiven Schwarzen Loch im Herzen der Milchstraße vorbeiraste, um zu bestätigen, dass seine Bewegung die von Albert Einstein vorhergesagten Auswirkungen der allgemeinen Relativitätstheorie zeigte.
Die Sterne der Milchstraße umkreisen ein gigantisches Schwarzes Loch namens Schütze A *, das von der Erde aus gesehen im Allgemeinen ruhig ist, außer dass gelegentlich Objekte auseinandergerissen werden, die sich zu nahe wagen. Die Masse des Schwarzen Lochs ist 4 Millionen Mal so groß wie die der Sonne und weist das stärkste Gravitationsfeld unserer Galaxie auf. Damit ist es - und eine kleine Gruppe von Sternen, die es mit hoher Geschwindigkeit umkreisen - ein perfekter Beweis für die extremen Effekte, die Einsteins Theorie von vorhersagt generelle Relativität.
Seit 26 Jahren beobachten Forscher das Zentrum der Milchstraße mit Instrumenten des European Southern Observatory (ESO). "Das galaktische Zentrum war unser Labor, um die Schwerkraft zu testen", sagte Odele Straub, Astrophysiker am Pariser Observatorium und Mitautor der neuen Studie, auf einer ESO-Pressekonferenz am 26. Juli. [Einsteins Relativitätstheorie erklärt (Infografik)]
Astronomen haben neue Infrarotbeobachtungen von den Instrumenten GRAVITY, SINFONI und NACO am Very Large Telescope der ESO in Chile verwendet, um einem Stern namens S2 zu folgen, der Teil einer Gruppe sich schnell bewegender Sterne ist, die das supermassereiche Schwarze Loch umkreisen und 26.000 Lichtpunkte umfassen -Jahre von der Erde.
Im Mai 2018 sahen diese Astronomen, wie der S2-Pass sehr nahe an diesem Schwarzen Loch vorbeifuhr. Zu dieser Zeit bewegte sich S2 extrem schnell - 25 Millionen km / h. Durch den Vergleich von Positions- und Geschwindigkeitsmessungen von GRAVITY und SINFONI mit früheren Messungen von S2 stellte das Team fest, dass das verzerrte Licht des Sterns mit Vorhersagen übereinstimmt, die auf der Beschreibung der allgemeinen Relativitätstheorie zur Biegung der Raumzeit durch die Schwerkraft beruhen.
Die Messungen von S2 zeigen deutlich einen Effekt, der als Rotverschiebung bekannt ist, sagten ESO-Beamte in einer Erklärung.
"Redshift zeigt uns, wie die Schwerkraft Photonen auf ihrem Weg durch das Universum beeinflusst", sagte Andrea Mia Ghez, Astronomin und Professorin am Institut für Physik und Astronomie der University of California in Los Angeles, die nicht an dieser Forschung beteiligt war, sagte Space.com.
Das Gravitationsfeld des supermassiven Schwarzen Lochs streckte das Licht, das S2 verließ, und die Änderung der Wellenlänge des Lichts von S2 stimmt mit der Aussage von Einsteins Theorie überein.
Die neuen Messungen und Ergebnisse stimmen nicht mit den Vorhersagen der einfacheren Newtonschen Gravitationstheorie überein, sagten die Forscher auf der Pressekonferenz. Frank Eisenhauer, leitender Wissenschaftler am Max-Plank-Institut für außerirdische Physik und Hauptforscher für GRAVITY und den SINFONI-Spektrographen, zeigte auf der ESO-Pressekonferenz eine anschauliche Grafik, in der diese Divergenz hervorgehoben wurde Publikum.
Dies ist das erste Mal, dass eine solche Abweichung von der Newtonschen Gravitationstheorie in einem Stern um ein supermassives Schwarzes Loch beobachtet wurde, sagten die Forscher in der Erklärung, obwohl es das zweite Mal war, dass sie S2 um das Schwarze Loch beobachteten; Sie verfolgen das System seit mehr als zwei Jahrzehnten. Das letzte Mal vor 16 Jahren war die Auflösung der Messungen nicht gut genug, um die Auswirkungen der Relativitätstheorie zu erfassen.
Als Menschen auf der Erde fallen wir, wir lassen Dinge fallen und wir schweben nicht vom Planeten in den Weltraum; Aus alltäglicher Sicht verstehen wir die Schwerkraft recht gut. Von den verschiedenen Gesetzen der Physik ist "die Schwerkraft am wenigsten geprüft, obwohl sie diejenige ist, die wir aus einer menschlichen Existenz am besten verstehen", sagte Ghez. Diese neue Forschung hilft, unser Verständnis der Schwerkraft in größerem Maßstab zu festigen.
"Es ist sehr wichtig, dieses Gesetz richtig zu machen", sagte Ghez. Selbst wenn Sie es nicht richtig haben oder mit einem falschen Verständnis der Schwerkraft arbeiten - selbst in kleinem Maßstab - könnten sich diese Fehler in größerem Maßstab angesammelt haben, fügte sie hinzu.
Diese Arbeit zeigt, wie die Schwerkraft in der Nähe eines supermassiven Schwarzen Lochs wirkt und so das Verständnis der Wissenschaftler für die Kraft und ihre Auswirkungen verbessert, sagten die Forscher. "Hier im Sonnensystem können wir die Gesetze der Physik nur jetzt und unter bestimmten Umständen testen", sagte Françoise Delplancke, Leiterin der Abteilung Systemtechnik bei ESO und Mitautorin der neuen Studie, in der Erklärung. "Daher ist es in der Astronomie sehr wichtig, auch zu überprüfen, ob diese Gesetze noch gültig sind, wenn die Gravitationsfelder sehr viel stärker sind."
Die Astronomen werden S2 weiterhin beobachten und untersuchen und hoffen, bald den Effekt der allgemeinen Relativitätstheorie auf eine kleine Rotation der Umlaufbahn des Sterns zu zeigen, wenn dieser sich vom supermassiven Schwarzen Loch wegbewegt, sagten die Forscher.
Die Ergebnisse der neuen Forschung wurden heute (26. Juli) online in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.
