Научная статья опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics, кратко о ней рассказывается в пресс-релизе на сайте Европейской южной обсерватории.
С момента появления общей теории относительности Эйнштейна физики смогли провести несколько подтверждающих ее экспериментов: обнаружить отклонение света звезд вблизи Солнца (или пронаблюдать явление гравитационной линзы на примере далеких галактик), заметить замедление времени при движении в гравитационном поле, измерить смещение перицентра орбиты на замкнутой траектории (аномальный сдвиг перигелия Меркурия) и несколько раз зарегистрировать гравитационные волны.
Не так давно появилась новая возможность проверки ОТО и экспериментальной регистрации релятивистских эффектов, заключающихся в обнаружении предсказанных расхождений в параметрах орбит ближайших к черной дыре Млечного Пути звезд.
Яркая звезда S2 (или S0−2) спектрального класса В является одной из самых изученных звезд, принадлежащих S-скоплению — группе быстро движущихся звезд, которая открыта в 2002 году в центре Млечного Пути, вблизи сверхмассивной черной дыры (Стрелец А*). Она 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. Последний раз такие сближения имели место в 2002 году и в мае этого года.
Теория относительности предсказывает, что при движении тела (звезды) вблизи достаточно массивного объекта (например, черной дыры) будет наблюдаться релятивистское красное смещение, заключающееся в сдвиге частоты излучения, испускаемого телом, в красную область спектра, а также другие эффекты, например, смещение перицентра орбиты.
Ранее уже была показана возможность экспериментальной регистрации релятивистских эффектов у звезды S-2, заключающаяся в обнаружении предсказанных расхождений в параметрах ее орбиты, а также ученые выяснили, что ее параметры не повлияют на наблюдения. Тогда изменения в форме орбиты составили несколько процентов, а изменение ориентации — около одной шестой части градуса, что в пределах погрешности хорошо совпадает со значением, которое дает теория.
Однако важнейшее значение имели данные, собранные в мае 2018 года, когда звезда приблизилась к черной дыре на расстоянии менее 20 миллиардов километров и двигалась со скоростью свыше 25 миллионов километров в час. Наблюдения за ней велись при помощи приемников GRAVITY, SINFONI и NACO, установленных на телескопе VLT в Чили. Затем астрономы сравнили данные по форме орбиты звезды и ее лучевой скорости с предсказаниями ньютоновской теории тяготения, общей теории относительности и другими теориями и выявили полное соответствие с предсказаниями ОТО.
Теперь астрономы обладают природной «лабораторией» по исследованию сверхмассивных черных дыр и релятивистских эффектов. В дальнейшем наблюдения продолжатся, ученые надеются, что удастся выявить еще один релятивистский эффект, связанный с вращением орбиты звезды S0−2— прецессию Шварцшильда.
Ранее мы рассказывали о том, как теория относительности оказалась причастна к цвету атомов золота и помогла «выжить» аниону платины, каким образом гравитационная линза позволила разглядеть одну очень далекую галактику и показала сразу четыре момента жизни одной сверхновой. О нашумевших событиях регистрации гравитационных волн читайте в нашем специальном материале.
Александр Войтюк.