“Айнщайн е прав, но в неговата теория има уязвимост”: физици провериха общата теория на относителността около черна дупка
По думите на Андреа Гез (Andrea Ghez), професор по физика и астрономия в Калифорнийския университет в Лос Анджелис (UCLA), повече от 100 години след публикуването от Алберт Айнщайн на култовата обща теория на относителността (ОТО), много учени заявяват , че тя започва да се разрушава. Но в хода на последното най-мащабно изследване на ОТО близо до гигантска черна дупка в центъра на нашата Галактика, Гез и нейният екип съобщиха, че теорията на Айнщайн засега е издържала проверката.
„Айнщайн е прав поне в едно” –казва Гез. „Ние можем абсолютно да изключим закона за притеглянето на Нютон. Нашите наблюдения се съгласуват с общата теория на относителността на Айнщайн, но в нея определено има моменти на уязвимост. Тя не може напълно да обясни гравитацията вътре в черната дупка и в един момент ние ще трябва да почнем да се движим от ОТО по-нататък към по-всеобхватна теория на гравитацията, която да ни разкаже какво в същност е черна дупка” –добавя тя.
Съгласно ОТО на Айнщайн, това, което възприемаме като гравитационна сила възниква в резултат на изкривяването на пространството и времето. Той е предположил, че такива обекти като Слънцето и Земята променят тази геометрия. По думите на Гез, в хода на тяхното изследване, коeто тя нарича „екстремална астрофизика”, eкипът стигнал до извода, че теорията на Айнщайн представлява най-доброто описание на природата на гравитацията на сегашния момент.
Тя обяснява, че законите на физиката, включващи гравитацията, трябва да действат в цялата Вселена. На тази хипотеза се е базирал и екипът на Гез, водейки наблюдение на звезда, известна под името S0-2, движеща се в орбита в три измерения около свръхмасивна черна дупка в центъра на Млечния път. Пълен оборот се извършва за 16 години, а масата на черната дупка е примерно четири милиона пъти по-голяма от тази на Слънцето.
По думите на астрофизиците, тяхното изследване е най-детайлното, провеждано някога над свръхмасивна черна дупка и пригодността на общата теория на относителността.
Ключовите данни в изследванията са спектрите, които е анализирал екипът, когато звездата максимално се е приближила до черната дупка. Спектрите показали интензивността на светлината и предоставили важна информация за светилото, в това число и нейния състав. Тези данни били обединени с информацията, получена от екипа на Гез за последните 24 години.
„Особеността на S0-2 се състои в това, че ние виждаме орбитата и в три измерения. Именно това ни дава входен билет за тестването на общата теория на относителността. Нашият въпрос се заключаваше в поведението на гравитацията в близост до свръхмасивната черна дупка и съответствието между поведението и в действителност и теорията на Айнщайн. Наблюдението за движението на звездата по пълната и орбита за пръв път ни позволи да проверим фундаменталната хипотеза на физиката” – разказва Гез.
В резултат учените успели да видят изкривяванията на пространството и времето в близост до свръхмасивната черната дупка. „ Съгласно нютоновата версия за гравитацията, пространството и времето са разделени и не се смесват. В теорията на Айнщайн те напълно се смесват в близост до черната дупка” – обяснява Гез.
Изследователите изучили поведението на фотоните за времето на тяхното пътешествие от S0-2 до Земята. Около черната дупка звездата се движи с огромна скорост, която е почти 25 800 000 км/ч. в най-близката точка на орбитата на звездата до черната дупка. Айнщайн е сметнал, че в тази област, близка до черната дупка, фотоните трябва да изпълняват допълнителна работа. Тяхната дължина на вълната, когато те напускат звездата, зависи не само от това колко бързо се движи звездата, но също така и от това , колко енергия изразходват , за да не попаднат вътре в галактическия монстър.
За да достигнат фотоните от S0-2 до нашата планета са им необходими 26 000 години. Учените отбелязват, че те с години са се готвили за провеждането на тези измервания. „Въпреки че за нас това става сега, истината е , че фотоните са излетели от звездата преди 26 000 години” – подчертават изследователите.
Това е първото от планираните редица изследвания за потвърждение (или не) на общата теория на относителността, които изследователската група на Гез ще проведе на звездите около сръхмасивната черна дупка. Сред звездите, които най-много интересуват учените, е също звезда, известна под името S0-102 , която има най-кратката орбита. Нейният пълен оборот заема „само” 11,5 години. За повечето звезди, изучавани от екипа, орбитите са доста по-дълги, отколкото продължителността на един човешки живот.
Изследването е проведено с помощта на обсерваторията Кека на Хаваите с използване на спектрограф, инсталиран в Калифорнийския Университет в Лос-Анджелис.
