Er is veel alternatieve zwaartekrachttheorie bedacht in bad, terwijl je wacht op een bus - of misschien onder het genot van een drankje of twee. Tegenwoordig is het mogelijk om je eigen huisdierentheorie te ontmaskeren door op papier te voorspellen wat er moet gebeuren met een object dat dicht bij een zwart gat draait - en die voorspellingen vervolgens te testen aan de hand van waarnemingen van S2 en misschien andere sterren die dicht bij ons draaien het centrale superzware zwarte gat van de melkweg - vermoedelijk gelegen bij de radiobron Boogschutter A *.
S2, een heldere ster uit de B-spectraalklasse, wordt sinds 1995 nauwlettend geobserveerd, gedurende welke tijd het meer dan één baan van het zwarte gat heeft afgelegd, aangezien de omlooptijd minder dan 16 jaar bedraagt. De orbitale dynamiek van S2 kan naar verwachting verschillen van wat zou worden voorspeld door Kepler's 3rd wet en Newton's wet van zwaartekracht, in een hoeveelheid die drie ordes van grootte groter is dan de abnormale hoeveelheid die wordt gezien in de baan van Mercurius. In zowel Mercury's als S2-gevallen worden deze ogenschijnlijk abnormale effecten voorspeld door Einsteins algemene relativiteitstheorie, als gevolg van de kromming van de ruimtetijd veroorzaakt door een dichtbijgelegen massief object - de zon in het geval van Mercurius en het zwarte gat in het geval van S2.
S2 reist met een baansnelheid van ongeveer 5.000 kilometer per seconde - dat is bijna 2% van de lichtsnelheid. Bij de periapsis (het dichtst in de buurt van zijn baan) wordt aangenomen dat het binnen 5 miljard kilometer van de Schwarzschild-straal van het superzware zwarte gat komt, de grens waarboven het licht niet langer kan ontsnappen - en een punt dat we misschien losjes zouden beschouwen als het oppervlak van het zwarte gat. De Schwarzschild-straal van het superzware zwarte gat is ongeveer de afstand van de zon tot de baan van Mercurius - en bij periapsis is S2 ongeveer dezelfde afstand van het zwarte gat als Pluto van de zon.
Het superzware zwarte gat heeft naar schatting een massa van ongeveer vier miljoen zonsmassa's, wat betekent dat het sinds zijn vorming in het vroege universum op meerdere miljoenen sterren heeft kunnen dineren - en dat betekent dat S2 zich alleen maar vasthoudt aan het bestaan dankzij zijn verbazingwekkende orbitale snelheid - waardoor het rond blijft vallen in plaats van in het zwarte gat te vallen. Ter vergelijking: Pluto blijft in een baan rond de zon door een ontspannen baansnelheid van bijna 5 kilometer per seconde aan te houden.
De gedetailleerde dataset van S2's astrometrische positie (rechte klimming en declinatie) verandert in de tijd - en vandaar de radiale snelheid berekend op verschillende punten langs zijn baan - biedt de mogelijkheid om theoretische voorspellingen te testen tegen waarnemingen.
Met deze gegevens is het bijvoorbeeld mogelijk om verschillende niet-Kepleriaanse en niet-Newtoniaanse kenmerken van de baan van S2 te volgen, waaronder:
- de effecten van algemene relativiteit (vanuit een extern referentiekader, klokken langzaam en lengtes trekken samen in sterkere zwaartekrachtvelden). Dit zijn eigenschappen die verwacht worden van een baan om een klassiek Schwarzschild zwart gat;
- het quadrapole-massamoment (een manier om te verklaren dat het zwaartekrachtveld van een hemellichaam door zijn rotatie mogelijk niet helemaal bolvormig is). Dit zijn extra kenmerken die worden verwacht van een baan om een zwart gat van Kerr - dat wil zeggen een zwart gat met spin; en
- donkere materie (conventionele fysica suggereert dat de melkweg uit elkaar moet vliegen gezien de snelheid waarmee hij draait - wat leidt tot de conclusie dat er meer massa aanwezig is dan op het eerste gezicht lijkt).
Maar goed, dat is slechts één manier om de gegevens te interpreteren. Als je enkele alternatieve theorieën wilt testen, zoals bijvoorbeeld Oceanic String Space Theory, dan is hier je kans.
Verder lezen: Iorio, L. (2010) Klassieke en algemene relativistische effecten op lange termijn op de radiale snelheden van de sterren die om Sgr A * draaien.
