Астрономы из коллаборации GRAVITY смогли впервые напрямую обнаружить прецессию орбиты звезды вблизи сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. Это открытие является новым важным подтверждением применимости Общей теории относительности, сообщается на сайте Европейской южной обсерватории.

Общая теория относительности Эйнштейна является одной из важнейших теорий гравитации и подтверждается множеством различных экспериментов. Уже обнаружено отклонения света звезд вблизи Солнца и гравитационное линзирование на примере далеких галактик, открыто замедление времени при движении в гравитационном поле и несколько раз удалось зарегистрировать гравитационные волны. 

В 2002 году результаты наблюдений за группой быстро движущихся звезд, известной как S-скопление, позволили подтвердить существование в центре Млечного Пути сверхмассивной черной дыры, которая связана с компактным радиоисточником Стрелец А*. Небольшое расстояние до черной дыры и высокие скорости некоторых звезд скопления делают их удобной природной площадкой для проверки явлений, предсказанных Общей теорией относительности. Среди них можно выделить яркую молодую звезду S2 (или S0-2) спектрального класса В, которая совершает полный оборот вокруг черной дыры за 16 лет и приближается к ней на 17 световых часов, что в 4 раза больше, чем расстояние от Солнца до Нептуна. 

Наблюдения за этой звездой ведутся уже несколько десятков лет. Еще в 2017 году была показана возможность экспериментальной регистрации релятивистских эффектов у звезды S2, причем выяснилось, что свойства самой звезды не влияют на наблюдения. В мае 2018 года звезда S2 приблизилась к черной дыре на расстояние менее 20 миллиардов километров, что позволило астрономам из коллаборации GRAVITY впервые подтвердить предсказываемые теорией относительности особенности движения звезды в сильном гравитационном поле, а также наложить ограничения на нарушаемость принципа локальной пространственной инвариантности.

Теперь же группа астрономов под руководством Фрэнка Эйзенхауэра (Frank Eisenhauer) сообщила о новом важном открытии, которое сделано на основе анализа данных за 27 лет наблюдений звезды S2 при помощи приемников GRAVITY, SINFONI и NACO, установленных на телескопе VLT в Чили. Ученые впервые зарегистрировали у звезды прецессию Шварцшильда — релятивистский эффект, заключающийся в том, что орбита объекта (в данном случае звезды S2), движущегося в поле тяготения другого объекта (черной дыры), не замкнута (как в случае Ньютоновской теории), а прецессирует в плоскости орбиты в направлении движения. Подобное явление, известное как аномальный сдвиг перигелия Меркурия, стало в свое время одним из первых серьезных доказательств теории относительности. Данные наблюдений GRAVITY полностью согласуются с теоретическими предсказаниями на уровне статистической значимости в 5-6 сигма.

Ожидается, что после ввода в строй телескопа ELT астрономы получат возможность найти более тусклые и близкие к черной дыре звезды, что позволит узнать с высокой точностью ее массу и спин.

Ранее мы рассказывали о том, как выглядят окрестности сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути и каким образом этот загадочный объект помог родиться новым звездам.

Александр Войтюк