Einstein yine haklıydı! Yıldızlar, süper kütleli kara deliklerin etrafındaki yaprakları boyuyor
16 Nisan'da yabancı basın, gökbilimcilerin Samanyolu galaksisinin merkezinde süper kütleli bir kara deliğin yörüngesinde dönen bir yıldızı gözlemlemek için Avrupa Güney Gözlemevi'nin (ESO) Çok Büyük Teleskopunu (VLT) kullandığını ortaya çıkardı. Bu keşif, Einstein'ın genel görelilik teorisinin öngördüğü sonuçları doğruladı.
Uzun zamandır beklenen bu sonuç, gökbilimcilerin yaklaşık 30 yıllık gözlemlerini takip ederek ve son yıllarda geliştirilen daha hassas bilimsel gözlem yöntemlerine güvenerek nihayet gerçekleşti.
Newton, yerçekimi teorisinde bir yıldızın yörüngesinin bir elips gibi olması gerektiğini öngördü, ancak yıldızın bu kez kara deliğin etrafında gözlemlenen yörüngesi bir rozete benziyor. Bu, Einstein'ın genel görelilik teorisindeki öngörüyü desteklemektedir: Gök cisimlerinin başka bir gök cismi etrafındaki bağlı yörüngesi, Newton'un evrensel çekim yasasının aksine kapalı değildir, ancak hareket düzleminde ilerler.
Şekil | "Rozet" in genel yörüngesi (Kaynak: ESO / L. Calçada)
Daha önce, Merkür'ün güneş etrafındaki yörüngesinin gözlemlenen şekli, genel göreliliği destekleyen ilk kanıttı.
1859 gibi erken bir tarihte, Fransız gökbilimci Le Verrier, Newton'un evrensel yerçekimi yasasına göre hesaplanan Merkür'ün günberi değerinin gözlemlenen sonuçtan farklı olduğunu keşfetti. Gerçek gözlem değerinin, Newton yasasına göre hesaplanan teorik değerden yüzyıl başına 38 saniye daha hızlı olduğunu buldu ve bu da o dönemde gökbilimciler arasında yaygın endişeye neden oldu. Bu farkın güneşe Merkür'den daha yakın bir gezegenin yerçekimi etkisinden kaynaklanıp kaynaklanmayacağını tahmin ettiler mi? Ancak yıllarca süren zorlu araştırmalardan sonra kimse bu "gizemli gezegeni" bulamadı.
Daha sonra Einstein, 1915'te bu sorunu başarıyla açıklayan ünlü genel görelilik teorisini yayınladı. Şimdi, yüz yıldan fazla bir süre sonra, gökbilimciler Samanyolu'nun merkezini çevreleyen Yay A'yı (Yay A *, çok parlak ve yoğun bir radyo dalgası kaynağı) çevreleyen bir yıldızın (S2) benzer özelliklere sahip olduğunu keşfettiler.
Bu gözlem, yeni Einstein'ın genel görelilik teorisinin doğru olduğuna dair kanıt sağlıyor ve ayrıca Yay A * 'nın güneş kütlesinden 4 milyon kat daha büyük süper kütleli bir kara delik olması gerektiğini doğruladı.
Şekil | Samanyolu'nun merkezinin görüntüsü, ortada Sgr A * adlı, turuncu bir haç olarak işaretlenmiş bir kara delik içerir ve S2, Yay A * 'yı çevreleyen gözlemlenen yıldızdır (Kaynak: ESO / MPE / S. Gillessen ve ark.)
Yay A *, güneşten 26.000 ışıkyılı uzaklıktadır. Dünyaya en yakın süper kütleli kara delik olması çok muhtemeldir, bu nedenle kara delik fiziğini incelemek için en iyi hedef olarak kabul edilir.
Bu yoğun yıldız kümesi, fiziğin hiç keşfedilmemiş aşırı bir yerçekimi ortamında test etmesi için eşsiz bir laboratuvar sağlayan Sagittarius A * 'yı çevreliyor. Bu kez gökbilimciler, S2 adlı bir yıldızın da yüksek yoğunluklu yıldız grubunda yer aldığını keşfettiler. "Süper kütleli kara delik" Yay A * 'nın 20 milyar kilometreden fazla olmayan bir mesafede yörüngede döndüğünü keşfettiler. Şimdiye kadar keşfedilen Yay A * 'ya en yakın yıldızlardan biri. Elbette, belki "yakınlık" derecesi de sınırlıdır ve ikisi arasındaki mesafe, güneş ile dünya arasındaki mesafenin yaklaşık 120 katıdır.
ESO'nun 2018'deki çok büyük teleskobu tarafından gözlemlenen gökbilimciler, S2'nin Yay A * 'ya en yakın olduğu zaman, hareket hızının saatte 25 milyon kilometreyi aşacağını keşfettiler; bu, ışık hızının neredeyse% 3'ü ve her 16 yılda bir yörüngeyi tamamlıyor.
"Bu yıldızı 25 yıldan fazla bir süredir yörüngesinde izledikten sonra, hassas ölçüm teknolojimiz sonunda Yay A * çevresindeki yörüngesinde güçlü kanıtlar buldu ve S2'de Schwarzschild presesyon etkisinin varlığını başarıyla tespit etti. Almanya'daki Max Planck Enstitüsü'nde astrofizikçi olan Stefan Gillessen dedi. S2'nin ölçümünü ve analizini yönetti ve Astronomy and Astrophysics dergisinde yayınladı.
Şekil | S2'nin "süper kütleli kara deliğe" çok yakın olduğu zamanki yörüngesi: Kara deliğe yakın olduğunda, güçlü kütleçekim alanı yıldızın rengini hafifçe kırmızıya çevirecektir, bu Einstein'ın genel görelilik teorisinin etkisidir; bu şekilde , Nesnenin renk efekti ve boyutu netlik için abartılmıştır (kaynak: ESO / M. Kornmesser)
Çoğu yıldız ve gezegenin dairesel olmayan bir yörüngesi vardır, bu nedenle etrafında döndükleri gök cisimine yaklaşırlar veya uzaklaşırlar.
S2 yıldızının yörüngesel devinimi, "süper kütleli kara deliğe" en yakın noktaya ulaştığında, konumunun her dönüşte değişeceği anlamına gelir. Bu şekilde, bir sonraki yörünge bir öncekine göre dönerek bir rozet oluşturacaktır. Einstein'ın genel görelilik teorisi, yörünge değişiminin doğru bir tahminini sağlar ve bu araştırmanın en son ölçüm sonuçları teorik hesaplamalarla tam uyum içindedir.
Bu etkiye "Schwarzschild presesyonu" (Schwarzschild presesyonu) denir ve insanlar daha önce büyük kara deliklerin etrafındaki yıldızları hiç ölçmemişlerdir.
Avrupa Güney Gözlemevi'nin Çok Büyük Teleskobu tarafından yapılan bu çalışma, bilim insanlarının Samanyolu'nun merkezinde bulunan "süper kütleli kara delik" hakkında daha fazla bilgi edinmesine ve insanların kara deliğin gizemini keşfetmesine daha da yardımcı olacak.
"S2 yıldızının ölçümü genel görelilik teorisini çok iyi takip ettiğinden, Yay A * etrafındaki dağınık karanlık madde veya daha küçük kara deliklerin olası varlığı gibi görünmez madde miktarını katı bir şekilde sınırlayabiliriz. Bu, süper büyük olanı anlamak için önemlidir. Kitlesel kara deliklerin oluşumu ve evrimi büyük önem taşıyor dedi. Projeye dahil olan Fransız baş bilim adamları Guy Perrin ve Karine Perraut.
Bugün açıklanan çalışmanın sonuçları, bilim adamları tarafından S2 yıldızının 27 yıllık gözleminin sonucudur. Araştırmanın çoğu Şili'deki Atacama Çölü'ndeki Avrupa Güney Gözlemevi'nde gerçekleştirildi. Araştırma ekibi, Çok Büyük Teleskop (VLT) ve GRAVITY, SINFONI ve NACO gibi cihazlarla 330'dan fazla ara ölçüm gerçekleştirdi.Yıldızların konumunu ve hızını gösteren veri noktalarının sayısı araştırmanın kapsamlılığını ve doğruluğunu kanıtladı.
Şekil | Avrupa Güney Gözlemevi'nin Çok Büyük Teleskop VLT'si (Kaynak: ESO)
Sonuç olarak, S2'nin "süper kütleli kara deliği" atlaması yıllar aldığından, yörüngesel hareketinin karmaşıklığını ortaya çıkarmak için yaklaşık otuz yıl boyunca yıldızı izlemek çok önemlidir.
Portekiz Astrofizik ve Yerçekimi Merkezi'nde araştırmacı ve projenin ana bilim adamlarından biri olan Paulo Garcia, "Yıldızların yaydığı ışığın genel görelilik özelliklerine sahip olduğunu daha önce doğruladık ve şimdi de yıldızların genel göreliliğin etkilerini algılayabildiğini kanıtladık." Dedi. .
