Звезда, вращающаяся вокруг черной дыры, подтвердила прогноз, сделанный общей теорией относительности

Одиночная звезда под названием S2, вращающаяся вокруг сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики, продемонстрировала предсказание общей теории относительности в самой экстремальной среде, в которой мы можем это проверить.

Собрав воедино десятки наблюдений, астрономы показали, что орбита S2 не является эллипсом с фиксированным положением; скорее, орбита перемещается как рисунок спирографа — явление, известное как прецессия Шварцшильда.

Это первый раз, когда прецессия Шварцшильда была обнаружена вокруг сверхмассивной черной дыры, демонстрируя, что она сохраняется даже тогда, когда мы наблюдаем орбиты звезд в наиболее гравитационно экстремальной среде.

Кроме того, общие уравнения относительности могут использоваться для точного прогнозирования орбитальных изменений — и эти расчеты точно совпадают с наблюдениями S2.

«Общая теория относительности Эйнштейна предсказывает, что связанные орбиты одного объекта вокруг другого не являются замкнутыми, как в ньютоновской гравитации, а прецессируют вперед в плоскости движения», — объяснил астрофизик Рейнхард Гензел из Института инопланетной физики Макса Планка (MPE) в Германии.

«Этот знаменитый эффект — впервые увиденный на орбите планеты Меркурий вокруг Солнца — был первым свидетельством в пользу общей теории относительности. Спустя сто лет мы обнаружили такой же эффект при движении звезды, вращающейся вокруг черной дыры Стрелец А* в центре Млечного Пути.

S2 облетает Стрельца A* по длинной эллиптической орбите каждые 16 лет. При ближайшем подходе, или периастроне, он находится в 17 световых часах от черной дыры или чуть более чем в четыре расстояния от Солнца до Нептуна.

Это может звучать далеко, но когда вы имеете дело с чем-то таким массивным, как Стрелец А*, это удивительно близко, и гравитационный удар от черной дыры ускоряет звезду почти до 3 процентов скорости света, когда она вращается. Это одна из ближайших звезд к галактическому центру.

«Поскольку измерения S2 так хорошо следуют общей теории относительности, мы можем установить строгие ограничения на то, сколько невидимого материала, такого как распределенная темная материя или, возможно, более мелкие черные дыры, присутствует вокруг Стрельца А*», — сказали астрофизики Гай Перрин и Карин Перро из Обсерватории Парижа — Площадь Мёдона и Обсерватории Гренобля во Франции соответственно.

«Это представляет большой интерес для понимания формирования и развития сверхмассивных черных дыр».

Исследование было опубликовано в Астрономии и Астрофизике.