eso1825ru — Научный релиз

Первая успешная проверка общей теории относительности Эйнштейна вблизи сверхмассивной черной дыры

Кульминация двадцатишестилетних наблюдений центра Галактики в ESO

26 июля 2018 г., St.-Petersburg

26 июля 2018 г.
Наблюдения, выполненные на Очень Большом Телескопе ESO, впервые выявили предсказываемые общей теорией относительности Эйнштейна особенности движения звезды в крайне сильном гравитационном поле сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. Этот долгожданный результат – высшее достижение продолжавшихся 26 лет наблюдений центра Галактики на телескопах ESO в Чили.

В 26 000 световых лет от нас, в центре Млечного Пути, скрытая плотными облаками поглощающей свет пыли, лежит ближайшая к Земле сверхмассивная черная дыра. Этот гравитационный монстр массой в четыре миллиона Солнц окружен небольшой группой звезд, которые обращаются вокруг него с высокой скоростью. Столь экстремальная среда — область самого сильного гравитационного поля в нашей Галактике — является идеальным местом для исследования физики тяготения, и в частности для проверки общей теории относительности Эйнштейна.

Новые инфракрасные наблюдения, выполненные с исключительно чувствительными приемниками GRAVITY [1]SINFONI и NACO на Очень Большом Телескопе ESO (VLT) позволили астрономам отследить движение одной из этих звезд, обозначаемой S2, когда она в мае 2018 г. проходила очень близко к черной дыре. В ближайшей к черной дыре точке звезда находилась от нее на расстоянии менее 20 миллиардов километров и двигалась со скоростью свыше 25 миллионов километров в час, что составляет почти три процента скорости света [2].

Исследователи сравнили положения и скорости звезды S2, измеренные соответственно приемниками GRAVITY и SINFONI, а также более ранние ее наблюдения, выполненные с другими инструментами, с предсказаниями, сделанными на основе ньютоновской теории тяготения, общей теории относительности и другими теориями тяготения. Полученные результаты не согласуются с теорией Ньютона, но находятся в прекрасном соответствии с общей теорией относительности.

Наблюдения сверхвысокой точности были выполнены международной группой под руководством Рейнхарда Генцеля (Reinhard Genzel) из Института внеземной физики Макса Планка (MPE) в Гархинге (Германия), при участии специалистов всего мира: из Парижской обсерватории (PSL), Альпийского университета в ГреноблеCNRS, Института астрономии Макса Планка, Кельнского университетаПортугальского Центра астрофизики и гравитации CENTRA и ESO. Эти наблюдения стали кульминацией 26-летнего цикла высокоточных наблюдений центра Млечного Пути с инструментами ESO [3].

Уже во второй раз мы наблюдаем прохождение звезды S2 в непосредственной близости к черной дыре в центре нашей Галактики. Но в этот раз благодаря усовершенствованию параметров инструментов мы смогли наблюдать звезду с небывалым разрешением”, -- объясняет Генцель. “Мы несколько лет интенсивно готовились к этому событию, так как хотели извлечь максимум информации из представившейся нам уникальной возможности наблюдать эффекты общей теории относительности”.

Новые измерения ясно демонстрируют эффект, называемый гравитационным красным смещением: очень сильное гравитационное поле черной дыры растягивает световые волны, испускаемые звездой, делает их более длинными. Изменение длины волны света, приходящего от S2, в точности согласуется с предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна. Такое отклонение от более простой теории гравитации Ньютона в движении звезды вокруг сверхмассивной черной дыры наблюдается впервые.

Группа измеряла лучевую скорость S2 по направлению к и прочь от Земли при помощи приемника SINFONI, а сверхточные измерения изменений положения S2 для определения формы ее орбиты производились с интерферометрическим инструментом GRAVITY. Разрешение изображений, получаемых на GRAVITY, было так велико, что смещения положений звезды, находящейся на расстоянии 26 000 световых лет от Земли, в окрестности черной дыры можно было измерять от ночи к ночи.

Наши первые наблюдения S2 с приемником GRAVITY, выполненные около двух лет назад, уже тогда показали, что мы получили идеальную лабораторию для исследования черной дыры”, -- говорит Франк Эйзенхауэр (Frank Eisenhauer, MPE), научный руководитель исследований с приемником GRAVITY и спектрографом SINFONI. “Во время сближения звезды с черной дырой мы даже регистрировали на большинстве изображений слабое свечение вокруг черной дыры, которое позволяло нам точно отслеживать положение звезды на орбите. А это в конце концов и привело к открытию гравитационного красного смещения в спектре S2.

Итак, спустя более, чем сто лет после того, как он опубликовал свою статью, в которой были выведены уравнения общей теории отнсительности, Эйнштейн еще раз подтвердил свою правоту — в лаборатории, гораздо более фантастической, чем он мог предположить!

Франсуа Дельпланк (Françoise Delplancke), глава Отдела системной инженерии ESO (System Engineering Department), так объясняет значение новых наблюдений: “В нашей Солнечной системе мы можем проверять выполнение законов физики только в данный момент и при определенных условиях. И поэтому для астрономии так важно убедиться, что эти законы выполняются и в случае гораздо более сильных гравитационных полей”.

Теперь, когда S2 начинает удаляться от черной дыры, планируется продолжение наблюдений. Предполагается, что очень скоро удастся выявить и другой релятивистский эффект: незначительное вращение орбиты звезды, известное как прецессия Шварцшильда.

Генеральный директор ESO Хавьер Барконс (Xavier Barcons) подводит итог: “ESO сотрудничает с Рейнхардом Генцелем, его группой и его сотрудниками из других институтов стран-участниц ESO уже более четверти века. Разработка уникальных мощных инструментов, необходимых для выполнения тончайших наблюдений, и установка их на телескоп VLT на Паранале была труднейшей технической и научной задачей. И открытие, о котором мы рассказываем сегодня, является великолепным результатом этого партнерства”.

Примечания

[1] Приемник GRAVITY был разработан в результате сотрудничества Института внеземной физики Макса Планка (Германия), группы LESIA из Парижской обсерватории – PSL / CNRS / университета Сорбонны / Парижского университета Дидро и IPAG из Альпийского университета в Гренобле / CNRS (Франция), Института астрономии Макса Планка (Германия), Кельнского университета (Германия), CENTRA–Центра астрофизики и гравитации (Португалия) и ESO.

[2] Звезда S2 обращается вокруг черной дыры с периодом 16 лет по очень эксцентричной орбите, двигаясь по которой она в ближайшей к черной дыре точке оказывается от нее на расстоянии не более двадцати миллиардов километров — примерно в 120 раз больше, чем расстояние от Земли до Солнца, или вчетверо больше, чем расстояние от Солнца до Нептуна. Это расстояние соответствует примерно 1500 шварцшильдовским радиусам самой черной дыры.

[2] Наблюдения центра Млечного Пути должны выполняться на длинных волнах (в данном случае, в инфракрасном диапазоне), так как облака пыли между Землей и центральной областью Галактики сильнейшим образом поглощают свет.

Узнать больше

Результаты исследования представлены в статье “Detection of the Gravitational Redshift in the Orbit of the Star S2 near the Galactic Centre Massive Black Hole“ за авторством международного коллектива GRAVITY Collaboration, публикуемой в журнале Astronomy & Astrophysics 26 июля 2018 г.

Состав международного коллектива GRAVITY Collaboration: R. Abuter (ESO, Garching, Germany), A. Amorim (Universidade de Lisboa, Lisbon, Portugal), N. Anugu (Universidade do Porto, Porto, Portugal), M. Bauböck (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Germany [MPE]), M. Benisty (Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG, Grenoble, France [IPAG]), J.P. Berger (IPAG; ESO, Garching, Germany), N. Blind (Observatoire de Genève, Université de Genève, Versoix, Switzerland), H. Bonnet (ESO, Garching, Germany), W. Brandner (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany [MPIA]), A. Buron (MPE), C. Collin (LESIA, Observatoire de Paris, PSL Research University, CNRS, Sorbonne Universités, UPMC Univ. Paris 06, Univ. Paris Diderot, Meudon, France [LESIA]), F. Chapron (LESIA), Y. Clénet (LESIA), V. Coudé du Foresto (LESIA), P. T. de Zeeuw (Sterrewacht Leiden, Leiden University, Leiden, The Netherlands; MPE), C. Deen (MPE), F. Delplancke-Ströbele (ESO, Garching, Germany), R. Dembet (ESO, Garching, Germany; LESIA), J. Dexter (MPE), G. Duvert (IPAG), A. Eckart (University of Cologne, Cologne, Germany; Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Germany), F. Eisenhauer (MPE), G. Finger (ESO, Garching, Germany), N.M. Förster Schreiber (MPE), P. Fédou (LESIA), P. Garcia (Universidade do Porto, Porto, Portugal), R. Garcia Lopez (MPIA), F. Gao (MPE), E. Gendron (LESIA), R. Genzel (MPE; University of California, Berkeley, California, USA), S. Gillessen (MPE), P. Gordo (Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugal), M. Habibi (MPE), X. Haubois (ESO, Santiago, Chile), M. Haug (ESO, Garching, Germany), F. Haußmann (MPE), Th. Henning (MPIA), S. Hippler (MPIA), M. Horrobin (University of Cologne, Cologne, Germany), Z. Hubert (LESIA; MPIA), N. Hubin (ESO, Garching, Germany), A. Jimenez Rosales (MPE), L. Jochum (ESO, Garching, Germany), L. Jocou (IPAG), A. Kaufer (ESO, Santiago, Chile), S. Kellner (Max Planck Institute for Radio Astronomy, Bonn, Germany), S. Kendrew (MPIA, ESA), P. Kervella (LESIA; MPIA), Y. Kok (MPE), M. Kulas (MPIA), S. Lacour (LESIA), V. Lapeyrère (LESIA), B. Lazareff (IPAG), J.-B. Le Bouquin (IPAG), P. Léna (LESIA), M. Lippa (MPE), R. Lenzen (MPIA), A. Mérand (ESO, Garching, Germany), E. Müller (ESO, Garching, Germany; MPIA), U. Neumann (MPIA), T. Ott (MPE), L. Palanca (ESO, Santiago, Chile), T. Paumard (LESIA), L. Pasquini (ESO, Garching, Germany), K. Perraut (IPAG), G. Perrin (LESIA), O. Pfuhl (MPE), P.M. Plewa (MPE), S. Rabien (MPE), A. Ramírez (ESO, Chile), J. Ramos (MPIA), C. Rau (MPE), G. Rodríguez-Coira (LESIA), R.-R. Rohloff (MPIA), G. Rousset (LESIA), J. Sanchez-Bermudez (ESO, Santiago, Chile; MPIA), S. Scheithauer (MPIA), M. Schöller (ESO, Garching, Germany), N. Schuler (ESO, Santiago, Chile), J. Spyromilio (ESO, Garching, Germany), O. Straub (LESIA), C. Straubmeier (University of Cologne, Cologne, Germany), E. Sturm (MPE), L.J. Tacconi (MPE), K.R.W. Tristram (ESO, Santiago, Chile), F. Vincent (LESIA), S. von Fellenberg (MPE), I. Wank (University of Cologne, Cologne, Germany), I. Waisberg (MPE), F. Widmann (MPE), E. Wieprecht (MPE), M. Wiest (University of Cologne, Cologne, Germany), E. Wiezorrek (MPE), J. Woillez (ESO, Garching, Germany), S. Yazici (MPE; University of Cologne, Cologne, Germany), D. Ziegler (LESIA) и G. Zins (ESO, Santiago, Chile).

Европейская Южная Обсерватория (ESO, European Southern Observatory) -- ведущая межгосударственная астрономическая организация Европы, намного обгоняющая по продуктивности другие наземные астрономические обсерватории мира. В ее работе участвуют 15 стран: Австрия, Бельгия, 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, и Австралия, являющаяся ее стратегическим партнером. 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), способный работать в формате Очень Большого Телескопа-Интерферометра VLTI, и два крупнейших широкоугольных телескопа: VISTA, выполняющий обзоры неба в инфракрасных лучах, и обзорный телескоп оптического диапазона VLT (VLT Survey Telescope). ESO также является одним из основных партнеров по эксплуатации двух инструментов субмиллиметрового диапазона на плато Чахнантор: телескопа 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

Kirill Maslennikov
Pulkovo Observatory
St.-Petersburg, Russia
Телефон: +79112122130
Сотовый: +79112122130
Email: kirill.maslennikov1@gmail.com

Reinhard Genzel
Director, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 89 30000 3280
Email: genzel@mpe.mpg.de

Frank Eisenhauer
GRAVITY Principal Investigator, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 (89) 30 000 3563
Email: eisenhau@mpe.mpg.de

Stefan Gillessen
Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 89 30000 3839
Email: ste@mpe.mpg.de

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

Hannelore Hämmerle
Public Information Officer, Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 (89) 30 000 3980
Email: hannelore.haemmerle@mpe.mpg.de

Connect with ESO on social media

Перевод пресс-релиза ESO eso1825.

О релизе

Релиз №:eso1825ru
Название:Milky Way Galactic Centre
Тип:Milky Way : Galaxy : Component : Central Black Hole
Facility:Very Large Telescope
Instruments:GRAVITY, NACO, SINFONI
Science data:2018A&A...615L..15G

Изображения

Взгляд художника: звезда S2 проходит вблизи сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути
Взгляд художника: звезда S2 проходит вблизи сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути
Взгляд художника: звезда S2 проходит вблизи сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути (аннотировано)
Взгляд художника: звезда S2 проходит вблизи сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути (аннотировано)
Orbit diagram of S2 around black hole at centre of the Milky Way
Orbit diagram of S2 around black hole at centre of the Milky Way
только на английском
Orbits of stars around black hole at the heart of the Milky Way
Orbits of stars around black hole at the heart of the Milky Way
только на английском
The daily motion of the S2 star as seen with GRAVITY
The daily motion of the S2 star as seen with GRAVITY
только на английском
GRAVITY tracks star passing supermassive black hole
GRAVITY tracks star passing supermassive black hole
только на английском
NACO observation of the stars at the centre of the Milky Way
NACO observation of the stars at the centre of the Milky Way
только на английском

Видео

ESOcast 173: Первая успешная проверка общей теории относительности Эйнштейна вблизи сверхмассивной черной дыры
ESOcast 173: Первая успешная проверка общей теории относительности Эйнштейна вблизи сверхмассивной черной дыры
Взгляд художника: звезда проходит вблизи сверхмассивной черной дыры
Взгляд художника: звезда проходит вблизи сверхмассивной черной дыры
Zooming in on the heart of the Milky Way
Zooming in on the heart of the Milky Way
только на английском
The star S2 makes a close approach to the black hole at the centre of the Milky Way
The star S2 makes a close approach to the black hole at the centre of the Milky Way
только на английском
Stars orbiting the black hole at the heart of the Milky Way
Stars orbiting the black hole at the heart of the Milky Way
только на английском
Simulation of the orbits of stars around the black hole at the centre of the Milky Way
Simulation of the orbits of stars around the black hole at the centre of the Milky Way
только на английском
Animation of the orbit of the star S2 around the galactic centre black hole
Animation of the orbit of the star S2 around the galactic centre black hole
только на английском
Fulldome view of stars orbiting the black hole at the heart of the Milky Way
Fulldome view of stars orbiting the black hole at the heart of the Milky Way
только на английском
Orbiting a black hole near the event horizon (fulldome)
Orbiting a black hole near the event horizon (fulldome)
только на английском
Close-up of a black hole near the event horizon (fulldome)
Close-up of a black hole near the event horizon (fulldome)
только на английском
Orbiting a black hole near the event horizon 2 (fulldome)
Orbiting a black hole near the event horizon 2 (fulldome)
только на английском
Orbiting a black hole near the event horizon 3 (fulldome)
Orbiting a black hole near the event horizon 3 (fulldome)
только на английском
Orbiting a black hole near the event horizon 4 (fulldome)
Orbiting a black hole near the event horizon 4 (fulldome)
только на английском
Flight from the Earth to the Milky Way Black Hole
Flight from the Earth to the Milky Way Black Hole
только на английском
Testing general relativity at the Galactic Centre — compilation
Testing general relativity at the Galactic Centre — compilation
только на английском

Также смотрите наши