Die Umlaufbahn von S2 ist gelb dargestellt, wobei der Stern Sgr A* darstellt. (Keck/UCLA Galactic Center Group) Ein weiterer Test eines Sterns, der das Supermassereich unserer Galaxie umkreist schwarzes Loch mit wahnsinnigen Geschwindigkeiten hat die Theorie erneut bestätigt generelle Relativität wie von Albert Einstein im Jahr 1915 beschrieben.
Als es bei seiner größten Annäherung um das Schwarze Loch raste, wurde das Licht eines Sterns namens S2 durch die starken Gravitationskräfte, die im Spiel waren, in die Länge gezogen – genau wie es die Relativitätstheorie in einem sogenannten Effekt vorhersagt Gravitationsrotverschiebung .
Wenn es Ihnen bekannt vorkommt, liegt das daran, dass es nicht das erste Mal ist, dass wir eine solche Leistung sehen. Letztes Jahr ein Forscherteam veröffentlichten ihre Erkenntnisse auf S2 – auch bekannt als S0-2, einer aus einer Gruppe junger, massiver S-Sterne umkreist das galaktische Zentrum – während es sich um Sagittarius A* dreht und deutliche Hinweise auf eine gravitative Rotverschiebung zeigt.
Dieses neue Ergebnis stammt aus einer unabhängigen Reihe von Beobachtungen, die die ersten Ergebnisse mit zusätzlichen Daten und Instrumenten bestätigen und ausarbeiten, um etwaige Verzerrungen oder Fehler auszuschließen, die möglicherweise auf die Tools selbst zurückzuführen sind.
„Wir können Newtons Gravitationsgesetz absolut ausschließen“ sagte die Astronomin Andrea Ghez von der University of California Los Angeles . „Unsere Beobachtungen stimmen mit Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie überein.“
Es ist ein hart erkämpftes Ergebnis nach 24 Jahren Beobachtung. Jede Umlaufbahn von S2 um Sgr A* dauert 16 Jahre, und zwar erst bei der Annäherung im letzten Jahr – als der Stern näher kam 17 Lichtstunden des galaktischen Zentrums - dass wir über Instrumente verfügten, die empfindlich genug waren, um das Ereignis in beispielloser Auflösung zu beobachten.
Sgr A* hat eine Masse, die etwa 4 Millionen Sonnen entspricht. Die dadurch erzeugte Schwerkraft ist immens und schafft die extremste Umgebung in der Milchstraße.
S2 hat eine elliptische Umlaufbahn, die durch die Schwerkraft auf schwindelerregende Geschwindigkeiten beschleunigt wird, wenn es sich Sgr A* nähert. Es schleudert mit einer Geschwindigkeit von 25 Millionen Kilometern pro Stunde (15,5 Millionen Meilen pro Stunde) umher – fast 3 Prozent der Lichtgeschwindigkeit.
Wenn sich S2 so nahe am Schwarzen Loch befindet, sollte der Gravitationseffekt laut Relativitätstheorie das Licht des Sterns in längere Wellenlängen strecken, in Richtung des roten Endes des elektromagnetischen Spektrums.
S2 erreichte seine maximale Geschwindigkeit im März letzten Jahres, gefolgt von der größten Annäherung im Mai und der minimalen Geschwindigkeit im September. Das Team führte spektroskopische Beobachtungen aller drei Ereignisse durch und untersuchte die Veränderungen im Licht des Sterns, während er um das Schwarze Loch herumsauste.
Anschließend kombinierten sie diese Spektralbeobachtungen mit Beobachtungen von 1995 bis 2017, um die gesamte Umlaufbahn des Sterns in drei Dimensionen zu rekonstruieren.
„Das ist es, was uns die Eintrittskarte für die Tests der Allgemeinen Relativitätstheorie verschafft.“ sagte Ghez .
„Wir haben gefragt, wie sich die Schwerkraft in der Nähe eines supermassiven Schwarzen Lochs verhält und ob Einsteins Theorie uns die ganze Geschichte erzählt.“ „Die Beobachtung, dass Sterne ihre komplette Umlaufbahn durchlaufen, bietet die erste Gelegenheit, die grundlegende Physik anhand der Bewegungen dieser Sterne zu testen.“
Die Ergebnisse bestätigen nicht nur die im letzten Jahr angekündigten Ergebnisse, sondern untermauern sie, indem sie einmal mehr die allgemeine Relativitätstheorie als solides Regelwerk zum Verständnis der Dynamik der Schwerkraft bestätigen.
Wie wir bereits letztes Jahr berichteten, ist dies nicht der einzige Test, den die Allgemeine Relativitätstheorie in letzter Zeit bestanden hat. Wir haben es auch gesehen ein Dreikörper-Sternsystem , ein gesamte Galaxie, die den Raum verbiegt , und das Entdeckung der Gravitationswellen - jede auf ihre eigene Art und Weise passt perfekt zu Einsteins 100 Jahre alter Theorie. Es hält also immer noch stark.
Es könnte sich jedoch die Notwendigkeit neuer physikalischer Gesetze abzeichnen.
„[Einsteins] Theorie zeigt definitiv Verwundbarkeit“ sagte Ghez .
„Sie kann die Schwerkraft im Inneren eines Schwarzen Lochs nicht vollständig erklären, und irgendwann müssen wir über Einsteins Theorie hinaus zu einer umfassenderen Schwerkrafttheorie übergehen, die erklärt, was ein Schwarzes Loch ist.“
Ehrlich gesagt, das wird so cool.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Wissenschaft .