Het resultaat van de analyse van gegevens voor 26 jaar astronomische waarnemingen was de officiële bevestiging van de voorspelling van de algemene relativiteitstheorie van de eigenaardigheid van de beweging van een ster in het sterke zwaartekrachtveld van een superzwaar zwart gat in het centrum van de Melkweg. Dat meldt een artikel in het wetenschappelijke tijdschrift Astronomy & Astrophysics.
Het object van onderzoek voor wetenschappers is al die jaren de ster S2, gelegen naast het superzware zwarte gat Boogschutter A *, gelegen in het galactische centrum van de Melkweg. Het zwarte gat heeft een massa van vier miljoen keer de massa van de zon en bevindt zich op 26 duizend lichtjaar van de aarde. De S2-ster zelf, die tot spectraaltype B behoort, is een van de meest bestudeerde sterren die behoren tot de S-cluster, een groep snel bewegende sterren die in 2002 werd ontdekt.
“Dit is pas de tweede benadering tussen S2 en een zwart gat die we hebben kunnen traceren. Aan de andere kant is de nauwkeurigheid van de instrumenten de afgelopen tien jaar aanzienlijk verbeterd, waardoor deze bijeenkomst met ultrahoge resolutie kan worden gevolgd. We hebben ons jarenlang zorgvuldig voorbereid op dit evenement, omdat het ons in staat stelt om de eigenaardigheid van relativistische effecten in de praktijk te testen,”zei Reinhard Gentzel van het Max Planck Instituut voor Buitenaardse Fysica in Garching (Duitsland).
Het zwarte gat is omgeven door enkele tientallen sterren en verschillende grote gaswolken, die het periodiek op gevaarlijke afstand naderen. Volgens Einsteins algemene relativiteitstheorie zullen deze ontmoetingen en de bijbehorende relativistische effecten een speciaal effect hebben op de baan van de ster, waarbij het pericentrum wordt verplaatst. En wetenschappers konden dit in de praktijk bevestigen.
In 2003 naderde de ster het zwarte gat op een gevaarlijke afstand, waardoor astrofysici voor het eerst konden nagaan of zijn baan veranderde onder invloed van de aantrekkingskracht van het zwarte gat. De volgende toenadering van de ster tot Boogschutter A * vond pas plaats in mei van dit jaar, waarop wetenschappers zich al heel lang en zorgvuldig hebben voorbereid. Het evenement werd gevolgd door verschillende van 's werelds toonaangevende telescopen.
Hubble, VLT en andere grote aardobservatoria zijn sinds april van dit jaar begonnen met het uitvoeren van vrijwel constante waarnemingen van S2, met behulp van SINFONI-, GRAVITY- en NACO-instrumenten die in het infrarode en nabij-infrarode bereik van het spectrum werken.
Kritiek waren de gegevens die in mei 2018 werden verzameld, toen de ster het zwarte gat naderde op minder dan 20 miljard kilometer afstand. Het effect van de interactie tussen het zwarte gat en de ster was zo sterk dat het zwarte gat de snelheid van de laatste versnelde tot 25 miljoen kilometer per uur (bijna 3 procent van de lichtsnelheid).
Promotie video:
Wetenschappers merken op dat de interactie zich in het bijzonder manifesteerde in een scherpe verandering in de kleur van de ster onder invloed van de zogenaamde gravitationele roodverschuiving - "uitrekken" van elektromagnetische golven wanneer ze een gebied met een sterk zwaartekrachtveld raken. In het geval van S2 werd de ster merkbaar "rood" toen hij Boogschutter A * naderde, waarna hij na een tijdje zijn gebruikelijke kleur kreeg. De kracht van dit effect, zoals aangetoond door VLT-waarnemingen, was volledig in overeenstemming met wat de relativiteitstheorie en het daarmee samenhangende fenomeen van gravitationele tijddilatatie voorspelde.
“Onze eerste observaties van S2 met het GRAVITY-instrument begonnen ongeveer twee jaar geleden. Zelfs toen ontdekten we een duidelijk roodverschuivingseffect geassocieerd met een zwart gat, wat eens te meer de algemene relativiteitstheorie van Einstein bevestigde”, zegt astrofysicus Frank Eisenhower, die werkt met de GRAVITY- en SINFONI-spectrografen.
"Tijdens onze dichtste nadering zagen we in de meeste beelden zelfs een zwakke gloed rond het zwarte gat, waardoor we de baan van de ster van heel dichtbij konden volgen en uiteindelijk getuige waren van de zwaartekracht roodverschuiving van S2."
Evenzo hebben wetenschappers bevestigd dat de beweging van S2 afwijkt van zijn gebruikelijke Newtoniaanse baan met het bedrag dat werd berekend met behulp van de berekeningen van Einstein. Beiden bewijzen volgens Genzel en zijn team eens te meer dat Einstein gelijk heeft als hij beschrijft hoe het weefsel van ruimte-tijd en het hele universum zich gedraagt.
De onderzoekers zeggen dat ze nu een natuurlijk laboratorium hebben voor de studie van superzware zwarte gaten en relativistische effecten.
Nikolay Khizhnyak
