Новый телескоп позволит проверить теорию относительности

Исследователи обнаружили звезду, которая вьется вокруг гигантской черной дыры в центре нашей галактики.

Примечательно то, с какой скоростью звезда движется: орбиту она замыкает каждые 11,5 лет. Открытие, опубликованное в издании Science, указывает на инновационные эксперименты, вовлекающие общую теорию относительности Эйнштейна. Подобные исследования будут возможны с использованием Тридцатиметрового телескопа (TMT), который начнет наблюдения в следующей декаде.

Звезда-рекордсменка под названием S0-102 была выявлена учеными из обсерватории Кека на Гавайях. В течение прошлых 17 лет с помощью десятиметровых парных телескопов данной обсерватории ученые исследовали галактическое ядро, в котором группа астрономов охотилась за звездами с короткими орбитальными периодами. Эти звезды предлагают ранее невозможные тесты того, как гравитация сверхмассивной черной дыры деформирует пространственно-временную материю.

«Открытие S0-102 — решающий компонент для достижения нами окончательной цели первого выявления пространственно-временной материи вокруг черной дыры», сказала профессор физики и астрономии Андреа Гез из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Хотя Кек является одним из передовых астрономических инструментов, ему потребуется будущая мощность TMT и его адаптивная оптическая система для проверки теории относительности Эйнштейна в действии.

„Чтобы проверить сердце относительности, уравнения Эйнштейна, нам необходимо дождаться следующего основного технологического прорыва: TMT с его мультисопряженной адаптивной оптической системой“, сказал автор публикации Лео Майер.

„Даже подумать о будущих способностях TMT удивительно“, сказала Гез.

Адаптивная оптическая система TMT основана на используемых в настоящее время системах различных обсерваторий, включая Кека, Джемини и Очень Большой Телескоп. Адаптивная оптика помогает наземным телескопам собирать более четкие изображения, компенсируя эффекты искажения атмосферными бурями. Системы основаны на деформируемых зеркалах и лазерах, которые создают „наводящие звезды“ в небе, чтобы обеспечить контрольные точки для поддержания наблюдений в фокусе.

Адаптивная оптика, разработанная для TMT, наряду с его огромным первичным зеркалом, обеспечит прорывы на многих фронтах, пояснила Гез. Угловое разрешение на TMT — способность видеть мельчайшие детали — будет в три раза острее, чем на телескопе Кека. Точность отслеживания отдельных звезд в такой переполненной области как центр нашей галактики будет как минимум фактором 10. Также предполагается, что TMT сможет найти звезды, которые еще сильнее связаны с центральной черной дырой Млечного пути, чем S0-102.

Как и Кек, TMT отследит движение звезд, таких как S0-102, обладающих эллиптическими орбитами. С такой орбитой звезды периодически оказываются ближе к черной дыре. Эта близость наряду с точностью TMT позволит провести два ключевых испытания относительности.

В первом звезда, погруженная глубоко в гравитацию черной дыры, должна иметь вытянутый свет (или красное смещение) до определенной степени, а орбита должна отличаться от идеального эллипса. Второй аспект отклонения должен показать, что орбиты звезд испытывают прецессию, или небольшое смещение, создавая орбиты в форме цветка вокруг черной дыры со временем. Отклонения говорят об истинности фактически уравнений, подтверждающих общую относительность.

Ученым известно, что в сердце черной дыры общая теория относительности Эйнштейна должна рухнуть. Если некоторые из результатов TMT не будут соответствовать теории, откроется новое окно в то, как гравитация фундаментально работает во всех масштабах вселенной, от наибольшего до наименьшего.

„Нам неизвестно, как урегулировать общую теорию относительности для крупномасштабных явлений с квантовой механикой, которая описывает явления в атомных и субатомных масштабах“, сказала Гез. „Еще одна причина постройки TMT состоит в том, чтобы глубже копнуть наши наиболее фундаментальные работы во вселенной“.

05.10.2012