Этой весной сама природа предоставит астрономам понаблюдать за интересным экспериментом, результаты которого станут наглядным тестом для общей теории относительности Эйнштейна. Разворачиваться действо будет в самом центре нашей галактики, который астрофизики ассоциируют с компактным радиоисточником Стрелец A*.
Считается, что именно там, в 26 тысячах световых лет от Солнца находится сверхмассивная черная дыра массой в четыре миллиона масс Солнца,
вокруг которой вращаются все звезды и вещество нашей галактики.
Поскольку сама дыра не излучает свет, судить о ее свойствах ученые могут лишь по движению материи в галактике. Однако больше всего о черной дыре могут рассказать звезды из небольшой группы, которые вращаются в непосредственной близости от галактического центра. Когда они приближаются к черной дыре, ее огромная гравитация заставляет их ускоряться
до скорости в 27 млн километров в час или 2,5% от скорости света.
Расчеты показывают, что одна из этих звезд, S0-2, которая в 15 раз тяжелее Солнца, сблизится с черной дырой уже этой весной. Астрономы ждут этого события уже 16 лет, что составляет период обращения звезды вокруг черной дыры. Раз в 16 лет звезда приближается к черной дыре на расстояние 18 млрд километров и проходит вблизи ее горизонта событий – воображаемой границы, за пределы которой не может вылететь ни материя, ни излучение.
Именно в эти моменты астрономы имеют редкий шанс протестировать некоторые положения Общей теории относительности. Согласно этой теории, массивные объекты во Вселенной искривляют окружающее их пространство-время, что легко представить, вообразив тяжелый шар, лежащий в центре резинового батута.
Вблизи массивных объектов должны наблюдаться различные интересные эффекты, например свет, проходящий в гравитационном поле, должен немного краснеть. Этот эффект называется гравитационным красным смещением
и возникает он из-за замедления времени вблизи тел с большой массой.
Аналогичный эффект, космологическое красное смещение, возникает при наблюдении далеких источников, и связан с расширением Вселенной. «Это будет первое измерение подобного рода, — говорит Туан Ду, участник группы наблюдения галактического центра при Калифорнийском университете в Лос-Анжелесе. – Гравитация – наименее проверенная из всех сил природы. Теория Эйнштейна к настоящему времени с успехом прошла все другие проверки, так что если будут измерены отклонения, это вызовет множество вопросов о природе гравитации!».
До недавнего времени считалось, что звезда S0-2 является двойной, то есть состоит из двух компаньонов, вращающихся вокруг общего центра масс. Недавно на обсерватории Кека на Гавайях Ду со своими коллегами провели наблюдения звезды S0-2 и установили, что она не двойная, в отличие от многих других S-звезд вблизи галактического центра.
Это стало радостной новостью для астрономов, готовящихся наблюдать ее пролет вблизи дыры, поскольку наличие второго компаньона у звезды значительно усложнило бы наблюдения.
«Мы ждали этого 16 лет, — говорит Девин Чу, автор исследования, опубликованного в журнале Astrophysical Journal. – Мы с нетерпением ждем, чтобы увидеть, как поведет себя звезда под могучим притяжением черной дыры. Будет ли она следовать теории Эйнштейна, или нарушит современные законы физики? Мы скоро узнаем!»
Исследование астрономов также проливает свет на вопрос о происхождении звезды S0-2 и ее соседей по галактическому центру. Тот факт, что эти звезды расположены так близко от центральной черной дыры, и довольно молоды, удивляет астрономов.
«Звездообразование в галактическом центре затруднено из-за мощных приливных сил, которые разрывают облака газа на части еще до того, как они успеют сколлапсировать и образовать звезды», — поясняет Ду. — Звезды с массой S0-2 почти всегда имеют второго компаньона. Мы рады, что его отсутствие упростит измерение релятивистских эффектов, но саму звезду это делает еще более странной».
«S0-2 – весьма особенная и загадочная звезда, — считает Чу. – Обычно мы не видим молодых, горячих звезд, образующихся вблизи сверхмассивных черных дыр. Это означает, что звезда могла образоваться другим путем».