Przeskocz do treści

Delta mi!

Prosto z nieba

Einstein w centrum Galaktyki

Michał Bejger

o artykule ...

  • Publikacja w Delcie: styczeń 2019
  • Publikacja elektroniczna: 31 grudnia 2018
  • Autor: Michał Bejger
    Notka biograficzna: Profesor Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN. Członek zespołu naukowego Virgo (Virgo-POLGRAW), który w lutym 2016 r. odkrył fale grawitacyjne.
  • Wersja do druku [application/pdf]: (191 KB)

Coś niezwykle tajemniczego znajduje się w centrum naszej Galaktyki. To coś nie emituje światła, ale jest bardzo masywne (ponad 4 miliony M ), 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 Sgr A ∗: 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 Sgr A∗; 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  ∗ Sgr A , 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 7600 km/s, czyli z 3% prędkości światła.

Efektem tej współpracy jest pomiar grawitacyjnego przesunięcia ku czerwieni światła gwiazdy S2 podczas jej ruchu wokół  ∗ Sgr A . 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 |Sgr A ∗ 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).