Ujian Graviti Pusat Galactic Dikonfirmasi

Pasukan kedua ahli astronomi kini telah mengesahkan cahaya dari bintang berlalu berhampiran lubang hitam pusat galaksi kami yang berkelakuan seperti yang diramalkan oleh teori graviti Einstein.

Konsep bintang artis S0-2 itu melalui peringkat lulus sekitar lubang hitam tengah Milky Way (dalam lubang). S0-2 benar-benar merosot ke dalam lubang graviti apabila paling dekat, dan cahayanya beralih dari biru, ke hijau, ke merah (ditunjukkan oleh rasuk cahaya).
Kredit: Nicolle R. Fuller / NSF

Pada bulan Mei 2018, pulau Hawai i bergegas. Lava dicurahkan dari keruntuhan di sisi Kilauea gunung berapi, dan dua gempa bumi menggeletar manusia dan bangunan, memicu pemindahan bukan sahaja rumah di laluan lava itu tetapi juga kakitangan di puncak pertemuan Maunakea dan Observatorium Keck Ibu pejabat di Waimea.

Walaupun gunung itu hilang, astronominya, Andrea Ghez (University of California, Los Angeles) tidak. Dia dan pasukannya telah menghabiskan lebih dari dua dekad menggunakan teleskop Keck dan kemudahan lain untuk menonton bintang di sekeliling Sgr A *, lubang hitam di pusat galaksi kami. Pada bulan itu, bintang besar dan kebiruan memecut melalui laluan paling dekat leviathan, di bahagian yang kecil dari kelajuan cahaya. Para astronom telah berhati-hati mengira dengan tepat hari-hari yang paling penting untuk pemerhatian mereka, dan Ghez tahu mereka mampu kehilangan satu ke gunung berapi - yang mereka lakukan.

Pasukan Ghez adalah salah satu daripada dua - yang lain diketuai oleh Reinhard Genzel (Institut Max Planck untuk Fizik Extraterrestrial, Jerman) - yang telah mengikuti bintang-bintang di pusat galaksi sejak tahun 1990-an. Bintang-bintang ini adalah kumpulan ganjil yang besar, matahari terbit, yang menggemparkan melalui kawasan di mana pembentukan bintang tidak mustahil.

Para astronom mengambil berat mengenai bintang-bintang ini kerana banyak sebab, tetapi pemantauan yang paling terkini memfokuskan kepada satu ahli rombongan dan apa yang dapat memberitahu kita tentang graviti. Disebut S2 oleh pasukan Jerman dan S0-2 oleh Amerika, bintang yang membuat garis gila pada tahun 2018 mendekati Sgr A * daripada mana-mana bintang lain yang telah kami ketahui - kira-kira 120 unit astronomi, atau empat kali jarak Neptune dari matahari. Itu sangat dekat sehingga zips bintang di tepi pinggirnya membuat lubang hitam membuat kain dalam ruang seumpama, seperti skateboarder kosmik yang tidak bergerak di tepi jalan. Sebagai S2 menyelam, fotonnya perlu keluar untuk mencapai kita. Pendakian merosakkan mereka tenaga, yang mengalihkan mereka kepada panjang gelombang yang lebih panjang.

Redshift relativistik ini tidak berlaku dalam graviti Newtonian. Fikiran anda, terdapat peralihan baru dalam versi Newton, tetapi ia hanya disebabkan oleh bintang yang bergerak sepanjang garis penglihatan kami. Teori relativiti umum (GR) Einstein mengenai pergeseran tambahan yang kira-kira satu sepersepuluh besar - bukan perkara paling mudah untuk dilihat apabila anda menjejaki bintang 26, 000 tahun cahaya, semuanya sibuk dengan bidang pandangan anda seperti menari titik-titik polka .

Tetapi pada Julai lepas, Genzel dan rakan-rakannya mengumumkan bahawa mereka akhirnya mengesan peralihan relativistik ini dengan menggunakan keupayaan instrumen interferometrik Gravity di Teleskop Sangat Besar di Chile untuk menonton rok S2 melepasi lubang hitam.

Sebelum pergi ke khalayak ramai, Genzel meminta Ghez jika dia ingin membuat pengumuman bersama mengenai kedua-dua keputusan kumpulan itu. Tetapi Ghez merungut. Terdapat tiga perkara utama dalam pendekatan terdekat S2: pertama pada bulan April, apabila gerakan bintang dari kami sepanjang penglihatan kami meningkat, kemudian berbalik dan terjun kembali ke arah kami; kedua, pada pertengahan bulan Mei, ketika bintang itu datang paling dekat dengan lubang hitam seperti yang terlihat di pesawat langit; ketiga, pada bulan September, ketika bintang itu menarik diri dari kami dan melambat. Ghez ingin melihat giliran terakhir bintang sebelum dia menganalisis datanya.

Apabila bintang S0-2 mendekati lubang hitam supermasida galaksi (orbit dibesar-besarkan), cahaya yang dikeluarkannya harus keluar dari potensi graviti dengan baik, kehilangan tenaga. Proses ini menghidupkan cahaya. Pergerakan bintang di sepanjang ling penglihatan kami juga mengalihkan panjang gelombang cahaya, dan begitu ahli astronomi mengukur kedua-dua peralihan dalam km / s.
Kredit: Aurelien Hees / Keck UCLA Galactic Centre Group

Data tersebut, dengan teliti diperiksa untuk ketidakkonsistenan, kini muncul pada 25 Julai dalam Sains . Analisis oleh Ghez, timbalan pengarah Tuan Do (juga UCLA), dan rakan-rakan mereka mengesahkan bahawa Kerjasama Graviti, dengan jelas memperlihatkan peralihan relativistik kira-kira 200 km / s dan memerintah graviti Newtonian. (Kumpulan Genzel juga telah menerbitkan kertas susulan termasuk pemerhatian mereka hingga September 2018.)

Walaupun hasil pengesahan sering mendapat masalah untuk meraih tajuk utama, ini adalah sains yang terbaik: dua pasukan bebas, menggunakan teleskop yang berbeza dan instrumen dan kaedah analisis, mencari perkara yang sama.

Nah, perkara tidak sama. Apa yang dibingungkan oleh kedua-dua pasukan adalah, walaupun mereka melihat peralihan yang sama, yang lain, parameter yang lebih prosaik yang mereka kira dari pemerhatian mereka tidak cukup sepadan. Sebagai contoh, pengukuran jarak Sgr A * mereka berbeza dengan kira-kira 600 tahun cahaya. "Kedua-dua keputusan sepatutnya bersetuju, kami melihat lubang hitam yang sama!" Kata Ghez.

Kesimpulannya adalah "satu soalan yang sangat menarik, " genzel bersetuju. Ia tidak jelas mengenai kaedah pengukuran dan analisa yang berbeza dari pasukan. Oleh kerana penyelidik membina rangka kerja orbit S2 mereka menggunakan data yang merangkumi beberapa dekad dan kemampuan instrumen, terdapat banyak aspek untuk diperiksa.

Walaupun percanggahan tidak menjadi masalah untuk pengukuran redshift, apa pun yang mendasari perbezaan kecil akan menjadi penting untuk langkah seterusnya dalam menggunakan bintang pusat galaksi untuk menguji GR: mencari precession. Oleh kerana keadaan rompak yang melengkung, S2 tidak perlu kembali ke tempat yang sama apabila ia melengkapkan orbit. Sebaliknya, ia akan mempamerkan corak Spirograph di sekitar lubang hitam apabila ia selesai setiap pusingan 16 tahun. Menjelaskan berapa orbit Mercury yang berlaku di sekitar Matahari adalah salah satu titik jualan asal untuk GR; kini, para astronom ingin melihat sama ada fizik berfungsi dengan cara yang sama dalam persekitaran graviti yang paling melampau yang kita boleh siasat. Mengesan precession adalah ukuran yang jauh lebih mencabar yang menaikkan ante secara tepat. Pasukan mungkin mempunyai hasil pada bahagian depan dalam tempoh setahun atau lebih.

Rujukan:

T. Do et al. "Redshift Relativistik Bintang S0-2 Mengarahkan Pusat Galaksi Black Hole Supermassive." Sains . 16 Ogos 2019 (diumumkan 25 Julai 2019).

Kerjasama Graviti. "Pengesanan Redshift Gravitational dalam Orbit Star S2 berhampiran Pusat Galactic Mass Black Hole." Astronomi & Astrophysics Letters . Julai 2018.

Kerjasama Graviti. "Pengukuran Jarak Geometri ke Pusat Hitam Galatik dengan Ketidakpastian 0.3%." Astronomi & Astrophysics Letters . Mei 2019.


Baca lebih lanjut mengenai S2 dan saudara-saudaranya dalam isu September 2018. Anda juga boleh menonton video mengenai projek pasukan UCLA.