Voor het eerst hebben onderzoekers een sterrenrace voorbij het superzware zwarte gat in het hart van de Melkweg gezien, waarbij ze hebben geverifieerd dat de beweging ervan de effecten van algemene relativiteitstheorie liet zien, zoals voorspeld door Albert Einstein.
De sterren van de Melkweg draaien om een gigantisch zwart gat genaamd Boogschutter A *, dat over het algemeen stil is gezien vanaf de aarde, behalve dat het incidentele object dat te dichtbij komt, uit elkaar scheurt. De massa van het zwarte gat is 4 miljoen keer die van de zon, en vertoont het sterkste zwaartekrachtveld van onze melkweg, waardoor het - en een kleine groep sterren die er met hoge snelheid omheen draaien - een perfecte testgrond is voor de extreme effecten die worden voorspeld door de theorie van Einstein over algemene relativiteit.
Al 26 jaar observeren onderzoekers het centrum van de Melkweg met instrumenten van de European Southern Observatory (ESO). "Het galactische centrum was ons laboratorium om de zwaartekracht te testen", zei Odele Straub, astrofysicus bij het Observatorium van Parijs en co-auteur van de nieuwe studie, op een persconferentie van ESO op 26 juli. [Einsteins relativiteitstheorie uitgelegd (Infographic)]
Astronomen hebben nieuwe infraroodwaarnemingen van de GRAVITY-, SINFONI- en NACO-instrumenten op ESO's Very Large Telescope in Chili gebruikt om een ster te volgen, bekend als S2, die deel uitmaakt van een groep snel bewegende sterren die in een baan om het superzware zwarte gat draaien, dat 26.000 licht bevindt -jaren van de aarde.
In mei 2018 waren deze astronomen getuige van S2 die heel dicht bij dit zwarte gat passeerde. Destijds reed S2 extreem snel - 15,5 miljoen mph (25 miljoen km / h). Door positie- en snelheidsmetingen van GRAVITY en SINFONI en eerdere metingen van S2 te vergelijken, ontdekte het team dat het kromgetrokken licht van de ster consistent was met voorspellingen op basis van de algemene relativiteitsbeschrijving van hoe de zwaartekracht de ruimtetijd buigt.
De metingen van S2 laten duidelijk een effect zien dat bekend staat als roodverschuiving, zeiden ESO-functionarissen in een verklaring.
"Redshift vertelt ons hoe zwaartekracht fotonen beïnvloedt terwijl ze door het universum reizen", Andrea Mia Ghez, een astronoom en professor aan de afdeling Fysica en Astronomie van de Universiteit van Californië, Los Angeles, die niet betrokken was bij dit onderzoek, vertelde Space.com.
Het zwaartekrachtsveld van het superzware zwarte gat rekte het licht uit dat S2 verliet, en de verandering in de golflengte van licht van S2 komt overeen met wat volgens de theorie van Einstein wordt voorspeld.
De nieuwe metingen en resultaten komen niet overeen met wat zou worden voorspeld door de eenvoudigere, Newtoniaanse zwaartekrachttheorie, aldus de onderzoekers op de persconferentie. Frank Eisenhauer, senior stafwetenschapper bij het Max Plank Institute for Extraterrestrial Physics en hoofdonderzoeker voor GRAVITY en de SINFONI-spectrograaf, liet een levendige grafiek zien die die divergentie benadrukte op de ESO-persconferentie - lees "Einstein 1: 0 Newton" - proost opwekkend van de publiek.
Het is voor het eerst dat een dergelijke afwijking van de Newtoniaanse theorie van de zwaartekracht wordt waargenomen in een ster rond een superzwaar zwart gat, zeiden de onderzoekers in de verklaring, hoewel het de tweede keer was dat ze S2 rond het zwarte gat observeerden; ze volgen het systeem al meer dan twee decennia. De laatste keer dat het voorbij kwam, 16 jaar geleden, was de resolutie van de metingen niet goed genoeg om de effecten van relativiteit op te vangen.
Als mensen op aarde vallen we, laten we dingen vallen en zweven we niet van de planeet de ruimte in; vanuit een alledaags perspectief begrijpen we de zwaartekracht vrij goed. Van de verschillende natuurkundige wetten is 'de zwaartekracht het minst getest, hoewel [het] degene die we vanuit een menselijk bestaan het beste begrijpen', zei Ghez. Dit nieuwe onderzoek helpt ons begrip van de zwaartekracht op grotere schaal te versterken.
'Deze wet goed doen is super belangrijk', zei Ghez. Zelfs als je het niet goed hebt, of je werkt met een onjuist begrip van de zwaartekracht - zelfs op kleine schaal - kunnen die fouten zich op grotere schaal hebben opgehoopt, voegde ze eraan toe.
Dit werk laat zien hoe de zwaartekracht werkt in de buurt van een superzwaar zwart gat, waardoor het inzicht van wetenschappers in de kracht en de effecten ervan verbetert, aldus de onderzoekers. "Hier in het zonnestelsel kunnen we de natuurwetten alleen maar testen onder bepaalde omstandigheden", zegt Françoise Delplancke, hoofd van de afdeling systeembouwkunde bij ESO en co-auteur van de nieuwe studie, in de verklaring. 'Het is dus erg belangrijk in de astronomie om te controleren of die wetten nog steeds geldig zijn waar de zwaartekrachtvelden veel sterker zijn.'
Astronomen zullen S2 blijven observeren en bestuderen en hopen binnenkort het algemene relativiteitseffect te laten zien op een kleine rotatie van de baan van de ster terwijl deze zich verplaatst van het superzware zwarte gat, aldus de onderzoekers.
De resultaten van het nieuwe onderzoek zijn vandaag (26 juli) online gepubliceerd in het tijdschrift Astronomy & Astrophysics.
