In het centrum van onze melkweg, ongeveer 26, 000 lichtjaar van de aarde, ligt het superzware zwarte gat (SMBH), bekend als Sagittarius A*. Met een doorsnede van 44 miljoen km, dit object is ongeveer 4 miljoen keer zo zwaar als onze zon en oefent een enorme aantrekkingskracht uit. Omdat astronomen zwarte gaten niet direct kunnen detecteren, het bestaan ​​ervan is grotendeels bepaald door het effect dat het heeft op de kleine groep sterren die eromheen draaien.

In dit opzicht, wetenschappers hebben ontdekt dat het observeren van Boogschutter A* een effectieve manier is om de fysica van de zwaartekracht te testen. Bijvoorbeeld, tijdens het observeren van deze sterren, een team van Duitse en Tsjechische astronomen merkte subtiele effecten op die werden veroorzaakt door de zwaartekracht van het zwarte gat. Door dit te doen, ze waren in staat om opnieuw enkele van de voorspellingen van Einsteins beroemde algemene relativiteitstheorie te bevestigen.

hun studie, getiteld "Onderzoek naar de relativistische beweging van de sterren nabij het superzware zwarte gat in het galactische centrum", werd onlangs gepubliceerd in de Astrofysisch tijdschrift . Zoals in de loop van de tijd wordt aangegeven, het team paste nieuwe analysetechnieken toe op bestaande waarnemingen die in de loop van de afgelopen 20 jaar zijn gedaan door de Very Large Telescope (VLT) en andere telescopen van de European Southern Observatory (ESO).

Van dit, ze maten de banen van de sterren die rond Boogschutter A* draaien om voorspellingen van de klassieke Newtoniaanse fysica (d.w.z. universele zwaartekracht) te testen, evenals voorspellingen op basis van de algemene relativiteitstheorie. Wat ze ontdekten was dat een van de sterren (S2) afwijkingen in zijn baan vertoonde die de eerstgenoemde tartten, maar waren in overeenstemming met het laatste.

deze ster, die 15 keer de massa van onze zon heeft, volgt een elliptische baan rond de SMBH, het voltooien van een enkele baan in ongeveer 15,6 jaar. Op zijn dichtstbijzijnde, het bereikt binnen 17 lichturen van het zwarte gat, wat overeenkomt met 120 keer de afstand tussen de zon en de aarde (120 AU). Eigenlijk, het onderzoeksteam merkte op dat S2 de meest elliptische baan had van alle sterren die rond het superzware zwarte gat draaien.

Ze merkten ook een kleine verandering in zijn baan op - een paar procent in de vorm en ongeveer een zesde van een graad in oriëntatie. Dit kon alleen worden verklaard door de relativistische effecten veroorzaakt door de intense zwaartekracht van Boogschutter A*, die een precessie in zijn baan veroorzaken. Wat dit betekent is, de elliptische lus van de baan van S2 roteert in de loop van de tijd rond de SMBH, met zijn periheliumpunt in verschillende richtingen gericht.

Interessant genoeg, dit is vergelijkbaar met het effect dat werd waargenomen in de baan van Mercurius - oftewel. de "perihelium precessie van Mercurius" - tijdens de late 19e eeuw. Deze waarneming daagde de klassieke Newtoniaanse mechanica uit en bracht wetenschappers tot de conclusie dat Newtons zwaartekrachttheorie onvolledig was. Het is ook wat Einstein ertoe bracht zijn algemene relativiteitstheorie te ontwikkelen, die een bevredigende verklaring voor het probleem bood.

Mochten de resultaten van hun onderzoek worden bevestigd, dit zal de eerste keer zijn dat de effecten van de algemene relativiteitstheorie precies zijn berekend met behulp van de sterren die rond een superzwaar zwart gat draaien. Marzieh Parsa – een promovendus aan de Universiteit van Keulen, Duitsland en hoofdauteur van het artikel – was begrijpelijkerwijs enthousiast over deze resultaten. Zoals ze verklaarde in een ESO-persverklaring:

"Het galactische centrum is echt het beste laboratorium om de beweging van sterren in een relativistische omgeving te bestuderen. Ik was verbaasd hoe goed we de methoden die we met gesimuleerde sterren ontwikkelden konden toepassen op de uiterst nauwkeurige gegevens voor de binnenste hogesnelheidssterren dicht bij het superzware zwarte gat."

Deze studie werd mogelijk gemaakt dankzij de hoge nauwkeurigheid van de instrumenten van de VLT; vooral, de adaptieve optica op de NACO-camera en de SINFONI nabij-infraroodspectrometer. Deze instrumenten waren van vitaal belang bij het volgen van de nadering van de ster en het zich terugtrekken uit het zwarte gat, waardoor het team de vorm van zijn baan nauwkeurig kon bepalen en zo de relativistische effecten op de ster kon bepalen.

Naast de meer precieze informatie over de baan van S2, de analyse van het team leverde ook nieuwe en nauwkeurigere schattingen op van de Sagittarius A*-massa, evenals de afstand tot de aarde. Dit zou nieuwe onderzoekspistes kunnen openen voor dit en andere superzware zwarte gaten, evenals aanvullende experimenten die wetenschappers zouden kunnen helpen meer te leren over de fysica van zwaartekracht.

De resultaten gaven ook een voorproefje van de metingen en testen die volgend jaar zullen plaatsvinden. in 2018, de ster S2 zal Sagittarius A* zeer dicht naderen. Wetenschappers van over de hele wereld zullen van deze gelegenheid gebruik maken om het GRAVITY-instrument te testen, een instrument van de tweede generatie dat onlangs is geïnstalleerd op de Very Large Telescope Interferometer (VLTI).

Ontwikkeld door een internationaal consortium onder leiding van het Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, dit instrument voert sinds 2016 waarnemingen uit van het Galactische Centrum. In 2018, het zal worden gebruikt om de baan van S2 met nog grotere precisie te meten, die naar verwachting het meest onthullend zal zijn. Momenteel, astrofysici zullen proberen aanvullende metingen te doen van de algemeen relativistische effecten van de SMBH.

Verder dan dat, ze hopen ook extra afwijkingen in de baan van de ster te detecteren die zouden kunnen wijzen op het bestaan ​​van nieuwe fysica! Met de juiste tools op de juiste plek getraind, en op het juiste moment, wetenschappers zouden misschien ontdekken dat zelfs Einsteins theorieën over zwaartekracht niet helemaal compleet waren. Maar ondertussen, het lijkt erop dat de overleden en grote theoretische fysicus weer gelijk had.