Prosto z nieba
Einstein w centrum Galaktyki
Coś niezwykle tajemniczego znajduje się w centrum naszej Galaktyki. To coś nie emituje światła, ale jest bardzo masywne (ponad 4 miliony ), a jednocześnie na tyle małych rozmiarów, że bez trudu zmieściłoby się wewnątrz orbity Merkurego. Astronomowie, którzy od lat analizują centrum Galaktyki, nazywają ten tajemniczy obiekt Jest to najprawdopodobniej ogromna czarna dziura; jej parametry ustala się przez obserwacje trajektorii gwiazd, w szczególności bardzo ekscentrycznej orbity gwiazdy S2, która znajduje się najbliżej krążąc wokół niej z okresem około 16 lat.
W maju 2018 roku S2 znalazła się w odległości 20 miliardów kilometrów (około cztery razy dalej niż odległość Słońce-Neptun) od a jej przejście przez peribothron (po grecku bothros oznacza dziurę), było bardzo skrupulatnie obserwowane przez zespoły Europejskiego Obserwatorium Południowego w Chile. Wykorzystano cztery teleskopy VLT (Very Large Telescope) połączone w systemie interferometrii optycznej i wyposażone w system optyki adaptatywnej NACO (Nasmyth Adaptive Optics System [NAOS] - Near-Infrared Imager and Spectrograph [CONICA]). Obserwacje polegały na dokładnym pomiarze pozycji gwiazdy S2 na niebie zaprojektowanym do tego celu niezwykle czułym astrometrem GRAVITY. Obserwujący w tym samym czasie linie widmowe S2 spektrometr SINFONI mierzył, jak szybko gwiazda przemieszcza się w odniesieniu do Ziemi. W najszybszym momencie poruszała się ona z prędkością ponad czyli z 3% prędkości światła.
Efektem tej współpracy jest pomiar grawitacyjnego przesunięcia ku czerwieni światła gwiazdy S2 podczas jej ruchu wokół Obserwacja zmiany długości fali fotonu pod wpływem pola grawitacyjnego lub, równoważnie, obserwacja zmiany tempa biegu zegarów w miejscach o różnej sile pola grawitacyjnego jest jednym z klasycznych testów teorii grawitacji. W warunkach ziemskich pierwszy tego typu eksperyment został przeprowadzony przez Roberta Pounda i Glena Rebkę w 1959 roku - pokazali oni, że w silniejszym polu grawitacyjnym (na parterze budynku laboratorium Jeffersona w Uniwersytecie Harvarda) zegar tyka wolniej w porównaniu do zegara w słabszym polu (na dachu budynku).
Podobnie do efektu Dopplera, którego doświadczamy w życiu codziennym, słysząc przesunięcie ku wyższym dźwiękom sygnału emitowanego przez zbliżającą się karetkę (oraz ku dźwiękom niższym, gdy karetka się od nas oddala), zmiana długości fali światła emitera znajdującego się w polu grawitacyjnym innego masywnego ciała zmienia się wraz z prędkością ruchu emitera - światło będzie bardziej niebieskie, gdy gwiazda-emiter porusza się w kierunku do Ziemi, i bardziej czerwone, gdy się od niej oddala.
Otrzymana dzięki astrometrowi GRAVITY historycznie pierwsza obserwacja z pobliża masywnej czarnej dziury nie daje się wytłumaczyć "zwykłą" mechaniką Newtona i ruchem gwiazdy w euklidesowej (albo, jak mówią astronomowie, płaskiej) czasoprzestrzeni, natomiast bardzo dobrze odpowiada przewidywaniu modelu, w którym gwiazda porusza się w czasoprzestrzeni zakrzywionej dużą masą, i zgadza się z przewidywaniami ogólnej teorii względności. Planowane kolejne obserwacje gwiazdy S2 oraz poszukiwania świecących obiektów orbitujących jeszcze bliżej posłużą do przetestowania innych przewidywań teorii grawitacji, na przykład do pomiaru tempa rotacji centralnej czarnej dziury i efektów z tym związanych, takich jak "wleczenie" czasoprzestrzeni w kierunku ruchu rotacji (efekt Lense'a-Thirringa).