Dybt i hjertet af vores galakse,

Forskere ser altid ud til at finde nye tegn på, at Albert Einstein "havde ret". Det seneste eksempel kommer fra astronomer, der bruger European Southern Observatory's Very Large Telescope (VLT) i Chile. Astronomer der har undersøgt stjernerne, der kredser farligt tæt på det supermassive sorte hul i midten af ​​vores galakse for at opdage, at - du gættede det! - Einsteins skelsættende teori om generel relativitet holder sig stærkt, selv ved døren til det mest ekstreme tyngdefelt i vores galakse.

Supermassive laboratorier

De fleste galakser vides at have supermassive sorte huller, der lurer i deres kerner, og vores galakse, Mælkevejen, er ikke anderledes. Beliggende cirka 26, 000 lysår fra Jorden, vores sorte hulbehemoth kaldes Skytten A* (alias Sgr A*), og den har en masse 4 millioner gange vores sols masse. Astrofysikere er enormt interesserede i sorte huller, da de er de mest kompakte, gravitationsmæssigt dominerende objekter kendt i universet og, derfor, en ekstrem relativitetstest.

Ved at spore bevægelsen af ​​stjerner, der kredser tæt på Sgr A*, et team af tyske og tjekkiske astronomer har analyseret 20 års observationer foretaget af VLT og andre teleskoper ved hjælp af en ny teknik, der præciserer placeringen af ​​disse stjerner. En af stjernerne, kaldet S2, kredser om Sgr A* hvert 16. år og zoomer meget tæt på det sorte hul-omkring fire gange sol-Neptun-afstanden. På grund af dens banebane dybt inde i det sorte huls tyngdekraftsbrønd, S2 behandles som en naturlig relativitet "sonde" ind i dette mystiske "stærke tyngdekraft" miljø.

"Det galaktiske centrum er virkelig det bedste laboratorium til at studere stjerners bevægelse i et relativistisk miljø, "sagde ph.d. -studerende Marzieh Parsa, der arbejder på universitetet i Köln i Tyskland, i en erklæring. "Jeg var overrasket over, hvor godt vi kunne anvende de metoder, vi udviklede med simulerede stjerner, til data med høj præcision for de inderste højhastigheds-stjerner tæt på det supermassive sorte hul." Parsa er hovedforfatter af undersøgelsen offentliggjort i The Astrophysical Journal.

Newton, Mød Einstein

Ved præcist at måle dens bevægelse omkring det sorte hul, forskerne kunne sammenligne dens bane med forudsigelser, der blev udlagt af klassisk newtonsk dynamik. De fandt ud af, at stjernens faktiske kredsløb afveg fra newtonske forudsigelser Nemlig som forudsagt af Einsteins generelle relativitet - selvom effekten var lille.

I en nøddeskal, Einsteinsk tyngdekraft behandler rum og tid som to af det samme-fire-dimensionel "rumtid", hvor tiden er en anden dimension, der er inkorporeret i rumets tre dimensioner-og materie påvirker rumtidens krumning, mens rumtidens krumning påvirker stofets bevægelse. For eksempel:Hvis du har en massiv genstand, det vil bøje rumtiden, som det berømte eksempel på bowlingkuglen hængende på et gummiark. Hvis et andet objekt bevæger sig forbi det massive objekt, rumtidens krumning vil afbøje dens bevægelsesretning - som en marmor, der ruller forbi bowlingkuglen.

Klassisk newtonsk tyngdekraft antager, at rum og tid er separate dimensioner og inkluderer ikke virkningerne af rumtidens krumning. Derfor, generel relativitet vil efterlade et aftryk i bevægelsen af ​​alle bevægelige objekter i universet (skaber en afvigelse i et objekts forudsagte Newton -bevægelse), og dens små effekter bliver tydelige i ekstremt stærke gravitationsmiljøer, såsom den umiddelbare nærhed af Sgr A*. Og kun præcisionsinstrumenter som VLT, som bruger adaptiv optik til at fjerne sløringseffekter af Jordens atmosfære fra astronomiske observationer, kan opdage denne afvigelse.

I 2018, S2 vil svømme til sit nærmeste punkt i sin bane omkring Sgr A*, og astronomer, der bruger VLT, forbereder et nyt instrument for at få et endnu mere præcist billede af det ekstreme miljø omkring det sorte hul. Kaldes GRAVITY, instrumentet er installeret på VLT Interferometer, og astronomer forudsiger ikke kun, at det vil få en endnu mere præcis måling af Einsteins generelle relativitet, det kan endda opdage afvigelser væk fra relativitet, muligvis antyder ny fysik ud over relativitet.

Udtrykket "ny fysik" refererer til den teoretiske udvikling inden for fysik, der er nødvendig for at forklare standardmodellens korte fejl og generelle relativitet. For eksempel, moderne fysik kan ikke forklare, hvorfor der er mere stof end antimateriale i universet, så der udføres eksperimenter for at lede efter fysiske fænomener ud over standardmodellen.