В самом центре нашей Галактики скрывается один из самых загадочных объектов современной астрономии — сверхмассивная чёрная дыра Стрелец A*. Она обладает массой примерно в четыре миллиона раз больше массы Солнца и оказывает огромное влияние на окружающее пространство. Несмотря на то что сама чёрная дыра не испускает свет, её присутствие удаётся изучать благодаря звёздам, обращающимся вокруг неё по очень вытянутым орбитам.
Именно наблюдения за такими звёздами позволяют проверять фундаментальные законы физики в условиях, которые невозможно воспроизвести ни в одной лаборатории на Земле. Новое исследование показало, что одна из этих звёзд вновь подтвердила справедливость общей теории относительности Альберта Эйнштейна, причём с ещё более высокой точностью.
Лаборатория космических масштабов
Центр Млечного Пути расположен примерно в 26 тысячах световых лет от Земли.
На первый взгляд этот район кажется недоступным для детального изучения, однако современные телескопы позволяют наблюдать отдельные звёзды, движущиеся вокруг сверхмассивной чёрной дыры.
Эти звёзды образуют своеобразную естественную лабораторию.
Их движение происходит в чрезвычайно сильном гравитационном поле, где проявляются эффекты, практически незаметные в окрестностях Солнца.
Почему именно эти звёзды так важны
Большинство звёзд в Галактике движется под действием сравнительно слабой гравитации.
Возле Стрельца A* ситуация совершенно иная.
Некоторые звёзды:
- пролетают очень близко к чёрной дыре;
- развивают огромные скорости;
- испытывают влияние экстремально сильного искривления пространства-времени.
В подобных условиях можно проверить предсказания современной физики значительно точнее, чем при наблюдениях за планетами Солнечной системы.
Общая теория относительности снова проходит испытание
Когда Альберт Эйнштейн сформулировал общую теорию относительности более ста лет назад, она кардинально изменила представления о природе гравитации.
Согласно этой теории, массивные объекты не просто притягивают другие тела.
Они искривляют само пространство-время, заставляя другие объекты двигаться по изменённым траекториям.
Большинство наблюдений за прошедшее столетие подтверждали эту идею.
Однако каждое новое испытание в более экстремальных условиях остаётся чрезвычайно важным.
Орбиты оказываются не совсем обычными
Если бы гравитация подчинялась исключительно законам классической механики, орбиты звёзд повторялись бы практически одинаково при каждом обороте.
На самом деле этого не происходит.
Под влиянием сильной гравитации происходит постепенное изменение положения орбиты.
После каждого полного оборота она немного смещается.
Этот эффект был впервые замечен ещё при изучении движения Меркурия вокруг Солнца.
Возле сверхмассивной чёрной дыры подобные изменения оказываются значительно сильнее.
Огромные скорости движения
Во время максимального сближения с чёрной дырой некоторые звёзды разгоняются до нескольких процентов скорости света.
Это одни из самых высоких скоростей, наблюдаемых у обычных звёзд.
При подобных значениях начинают проявляться эффекты специальной и общей теории относительности одновременно.
Именно поэтому такие наблюдения особенно ценны.
Современные телескопы способны измерять невероятно малые изменения
Ещё несколько десятилетий назад подобные исследования были невозможны.
Сегодня астрономы используют:
- крупнейшие наземные телескопы;
- адаптивную оптику;
- высокоточные спектрографы;
- методы многолетнего накопления данных.
Благодаря этому удаётся отслеживать положение звезды с исключительно высокой точностью на протяжении многих лет.
Почему наблюдения продолжаются десятилетиями
Полный оборот некоторых звёзд вокруг Стрельца A* занимает много лет.
Чтобы убедиться в правильности расчётов, необходимо наблюдать за их движением практически непрерывно.
Исследователи сравнивают:
- положение звезды;
- скорость её движения;
- изменение орбиты;
- характеристики излучения.
Чем дольше продолжаются наблюдения, тем точнее становятся выводы.
Проверка не только Эйнштейна
Хотя общая теория относительности уже многократно подтверждалась, физики продолжают искать даже самые небольшие отклонения от её предсказаний.
Причина проста.
Современная физика пока не смогла объединить общую теорию относительности и квантовую механику в единую теорию.
Если бы удалось обнаружить хотя бы небольшое расхождение между расчётами и наблюдениями, это могло бы указать направление для создания новой фундаментальной модели устройства Вселенной.
Пока же подобные отклонения обнаружить не удаётся.
Что представляет собой Стрелец A*
Сверхмассивная чёрная дыра в центре нашей Галактики является относительно спокойным объектом.
Она активно не поглощает большие объёмы вещества, как некоторые ядра далёких галактик.
Тем не менее её масса настолько велика, что именно она определяет движение звёзд в центральной области Млечного Пути.
Именно благодаря этим звёздам астрономы смогли практически напрямую подтвердить существование сверхмассивной чёрной дыры.
Каждое новое измерение становится всё точнее
Современные методы обработки данных позволяют учитывать множество факторов, которые раньше невозможно было измерить.
Исследователи анализируют:
- влияние соседних звёзд;
- особенности распространения света;
- движение самой Земли;
- характеристики телескопов;
- свойства межзвёздной среды.
В результате точность измерений постоянно возрастает.
Что это означает для науки
Каждое успешное подтверждение общей теории относительности укрепляет уверенность в современных моделях устройства Вселенной.
Одновременно подобные исследования помогают лучше понять:
- природу сверхмассивных чёрных дыр;
- динамику центральных областей галактик;
- процессы формирования звёздных скоплений;
- эволюцию Млечного Пути.
Кроме того, накопленные данные пригодятся будущим поколениям телескопов, которые смогут исследовать центр Галактики ещё более подробно.
Следующий этап исследований
В ближайшие годы в строй вступят новые астрономические инструменты с ещё большей разрешающей способностью. Они позволят отслеживать движение звёзд вокруг Стрельца A* с беспрецедентной точностью и, возможно, обнаружить ещё более тонкие эффекты сильной гравитации.
Пока же результаты новых наблюдений вновь показывают, насколько точно работают законы, сформулированные Альбертом Эйнштейном более века назад. Даже рядом с объектом, обладающим массой в миллионы солнечных, движение звёзд продолжает соответствовать предсказаниям общей теории относительности, подтверждая её статус одной из наиболее успешных физических теорий в истории науки.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
