ann17051-ru — Объявление

Признаки релятивистских эффектов в орбитах звезд вблизи сверхмассивной черной дыры в центре Галактики

9 августа 2017 г.

9 августа 2017 г.

Новый анализ данных, полученных на Очень Большом Телескопе ESO и других инструментах, дает основания предполагать, что орбиты звезд вблизи сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, возможно, демонстрируют слабые эффекты, предсказываемые эйнштейновской общей теорией относительности. Имеются признаки небольших отклонений наблюдаемой орбиты звезды S2 от вычисленной на основе классической физики. Этот интересный результат является прелюдией к гораздо более точным измерениям и проверке релятивистских предсказаний, которые будут выполнены с инструментом GRAVITY в 2018 году, когда S2 окажется совсем близко к черной дыре.

В центре Млечного Пути, на расстоянии 26 000 световых лет от Земли, находится ближайшая к нам сверхмассивная черная дыра с массой в четыре миллиона Солнц. Вокруг этого монстра, в его колоссальном гравитационном поле с большой скоростью обращается несколько звезд. Это идеальная природная лаборатория для проверки теорий тяготения, в частности, общей теории относительности Эйнштейна.

Группа немецких и чешских астрономов применила новые методы анализа к наблюдениям звезд в окрестности черной дыры, накопленным на Очень Большом Телескопе ESO (VLT) в Чили и на других инструментах за последние двадцать лет [1]. Исследователи сравнили измеренные орбиты звезд с предвычисленными на основе классической теории тяготения Ньютона и общей теории относительности.

Ученые обнаружили признаки небольших изменений в движении одной из звезд, обозначаемой S2, которые согласуются с релятивистскими предсказаниями [2]. Изменение в форме орбиты составляет всего несколько процентов, а изменение ее ориентации – около одной шестой части градуса [3]. Если эти данные подтвердятся, это станет первым измерением релятивистских эффектов у звезд в окрестности сверхмассивной черной дыры.

Марзье Парса (Marzieh Parsa), докторант Кёльнского университета в Германии и основной автор работы, в восторге: "Центр Галактики – это поистине идеальная лаборатория для изучения движений звезд в релятивистской среде. Я была восхищена тем, как хорошо мы смогли применить разработанные нами методы копьютерного моделирования звездных орбит к высокоточным данным, полученным для движущихся с большой скоростью звезд в ближайшей окрестности сверхмассивной черной дыры ".

Решающей для успеха исследования оказалась высокая точность позиционных измерений, достигнутая благодаря адаптивной оптической системе VLT для ближнего инфракрасного диапазона [4]. Причем это оказалось очень важно не только для момента, когда звезда приблизилась к черной дыре, но в особенности для того времени, когда S2 была на большом расстоянии от нее. Именно последние данные позволили точно рассчитать форму орбиты и ее изменение под воздействием релятивистских эффектов.

"В процессе нашей работы мы поняли, что для определения релятивистских эффектов у S2 мы обязательно должны с очень большой точностью знать полную форму ее орбиты", -- объясняет Андреас Эккарт (Andreas Eckart), руководитель группы сотрудников Кельнского университета.

Кроме определения орбиты звезды S2, удалось также уточнить массу черной дыры и ее расстояние от Земли [5].

Соавтор работы Владимир Карась (Vladimir Karas) из Чешской Академии наук в Праге с оптимизом смотрит в будущее: "Это исследование открывает широкую дорогу новым теоретическим и экспериментальным работам в данной области науки".

Работа предвосхищает предстоящие активные наблюдения центра Галактики астрономами всего мира. В 2018 г. звезда S2 подойдет к сверхмассивной черной дыре очень близко. Приемник GRAVITY, разработанный большим международным консорциумом во главе с Институтом внеземной физики Макса Планка (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik) в Гархинге, в Германии [6] и установленный на интерферометре VLTI [7], сможет измерить параметры орбиты с гораздо большей точностью, чем это возможно сейчас. И это не только позволит более отчетливо выявить эффекты общей относительности, но и сделает возможным поиск отклонений от этой теории, что может вызвать к жизни новую физику.

Примечания

[1] В работе использованы данные, полученные с инфракрасной камерой ближнего диапазона NACO, установленной сейчас на первом «юните» -- Основном телескопе №1 комплекса VLT (Анту), с камерой-спектрометром ближнего инфракрасного диапазона SINFONI на четвертом «юните» (Йепун), а также в обсерватории Кека.

[2] S2 – звезда массой в 15 солнечных масс на эллиптической орбите вокруг сверхмассивной черной дыры. Период ее обращения составляет примерно 15.6 лет; в момент наибольшего приближения к черной дыре она подходит к ней на расстояние в 17 световых часов, или всего на 120 расстояний от Солнца до Земли.

[3] Подобный, хотя и значительно меньший эффект в Солнечной системе наблюдается в изменении орбиты Меркурия. Его измерение, выполненное в конце XIX века, стало одним из первых свидетельств неполноты ньютоновской теории гравитации и необходимости нового подхода к пониманию сильных полей тяготения. Это и привело в конце концов к появлению в 1915 году общей теории относительности Эйнштейна, основанной на представлении об искривлении пространства-времени.

Вычисление орбит звезд и планет на основе общей теории относительности и ньютоновской теории гравитации приводит к несколько различному результату в описании малых изменений формы и ориентации этих орбит со временем. Эти изменения можно измерить и сравнить с предсказаниями обеих теорий.

[4] Система адаптивной оптики в реальном времени компенсирует искажения изображений, вызванные турбулентностью атмосферы. Вследствие этого повышается угловое разрешение телескопа (четкость изображения), которое в принципе ограничено лишь диаметром главного зеркала телескопа и длиной световой волны, на которой ведутся наблюдения.

[5] Группа получила следующие оценки массы черной дыры и ее расстояния от Солнца: 4.2 × 106 солнечных масс и 8.2 килопарсека, т.е., почти 27 000 световых лет.

[6] Кёльнский университет входит в консорциум GRAVITY (http://www.mpe.mpg.de/ir/gravity). Для этой системы его сотрудниками создано спектрометрическое устройство сведения пучков.

[7] Первые наблюдения с инструментом GRAVITY состоялись в начале 2016 г. Сейчас GRAVITY уже ведет наблюдения центра Галактики.

Узнать больше

Результаты исследования представлены в статье “Investigating the Relativistic Motion of the Stars Near the Black Hole in the Galactic Center”, M.Parsa и др., которая будет опубликована в Astrophysical Journal.

Состав исследовательской группы: Marsieh Parsa, Andreas Eckart (I.Physikalisches Institut of the University of Cologne, Germany; Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Germany), Banafsheh Shahzamanian (I.Physikalisches Institut of the University of Cologne, Germany), Christian Straubmeier (I.Physikalisches Institut of the University of Cologne, Germany), Vladimir Karas (Astronomical Institute, Academy of Science, Prague, Czech Republic), Michal Zajacek (Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Germany; I.Physikalisches Institut of the University of Cologne, Germany) и J. Anton Zensus (Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Germany).

Европейская Южная Обсерватория (ESO, European Southern Observatory) -- ведущая межгосударственная астрономическая организация Европы и самая продуктивная в мире наземная астрономическая обсерватория. В ее работе участвуют 16 стран: Австрия, Бельгия, Бразилия, Великобритания, Германия, Дания, Испания, Италия, Нидерланды, Польша, Португалия, Финляндия, Франция, Чешская Республика, Швейцария и Швеция, а также Чили, предоставившая свою территорию для размещения обсерваторий ESO. ESO проводит в жизнь масштабную программу проектирования, строительства и эксплуатации мощных наземных наблюдательных инструментов, позволяющих астрономам выполнять важнейшие научные исследования. ESO также играет ведущую роль в организации и поддержке международного сотрудничества в области астрономии. ESO располагает тремя уникальными наблюдательными пунктами мирового класса, находящимися в Чили: Ла Силья, Параналь и Чахнантор. В обсерватории Параналь установлен Очень Большой Телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT), работающий также в режиме крупнейшего в мире оптического телескопа-интерферометра (Very Large Telescope Interferometer, VLTI), и два широкоугольных телескопа с большим полем зрения: крупнейший в мире телескоп для выполнения обзоров неба в инфракрасных лучах VISTA и Обзорный Телескоп VLT (VLT Survey Telescope) -- крупнейший инструмент для обзоров неба в видимом свете. ESO также является одним из основных партнеров по эксплуатации двух инструментов на плато Чахнантор: APEX и крупнейшего астрономического проекта современности ALMA. На Серро Армазонес, недалеко от Параналя, ESO ведет строительство 39-метрового Чрезвычайно Большого Телескопа ELT, который станет «величайшим оком человечества, устремленным в небо».

Ссылки

Контакты

Контакты

Marzieh Parsa
I. Physikalisches Institut, Universität zu Köln
Köln, Germany
Tel: +49(0)221/470-3495
Email: parsa@ph1.uni-koeln.de

Andreas Eckart
I. Physikalisches Institut, Universität zu Köln
Köln, Germany
Tel: +49(0)221/470-3546
Email: eckart@ph1.uni-koeln.de

Vladimir Karas
Astronomical Institute, Academy of Science
Prague, Czech Republic
Tel: +420-226 258 420
Email: vladimir.karas@cuni.cz

Richard Hook
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Cell: +49 151 1537 3591
Email: rhook@eso.org

Об объявлении

ID:ann17051

Изображения

Орбиты звезд вблизи центра Галактики: взгляд художника
Орбиты звезд вблизи центра Галактики: взгляд художника
Влияние общей теории относительности на орбиту звезды S2 в центре Галактики: взгляд художника
Влияние общей теории относительности на орбиту звезды S2 в центре Галактики: взгляд художника
Изображение галактического центра
Изображение галактического центра

Видео

Орбиты трех звезд вблизи центра Млечного Пути
Орбиты трех звезд вблизи центра Млечного Пути