نجم يدور حول ثقب أسود أكد للتو توقعًا بواسطة النسبية العامة

(ESO / L. كالسادا)

نجمة واحدة تسمى S2 تدور حول الكتلة الفائقة ثقب أسود في وسط مجرتنا أظهر توقعًا لـ النسبية العامة في أكثر البيئات تطرفًا يمكننا اختبارها - وضع ريشة أخرى في غطاء النظرية الخشن بالفعل.

من خلال جمع أرصاد استمرت عقودًا ، أظهر علماء الفلك أن مدار S2 ليس شكلًا بيضاويًا ثابتًا في موضعه ؛ بدلاً من ذلك ، يتحول المدار حول مثل رسم spirograph - وهي ظاهرة تُعرف باسم Schwarzschild precession.

هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها اكتشاف انبعاث شوارزشيلد حول ثقب أسود فائق الكتلة ، مما يدل على صحة ذلك حتى عندما نلاحظ مدارات النجوم في أكثر بيئة جاذبية قاسية.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام معادلات النسبية العامة للتنبؤ بدقة بالتغيرات المدارية - وقد تطابقت هذه الحسابات بدقة مع ملاحظات S2.

تتنبأ النسبية العامة لأينشتاين بأن المدارات المقيدة لجسم حول آخر ليست مغلقة ، كما هو الحال في الجاذبية النيوتونية ، ولكنها تتقدم للأمام في مستوى الحركة ، أوضح عالم الفيزياء الفلكية رينهارد جينزل من معهد ماكس بلانك للفيزياء خارج الأرض (MPE) في ألمانيا ، وعضو في تعاون الجاذبية .

هذا التأثير الشهير - شوهد لأول مرة في مدار الكوكب الزئبق حول الشمس - كان أول دليل لصالح النسبية العامة. بعد مائة عام اكتشفنا الآن نفس التأثير في حركة نجم يدور حول مصدر الراديو المضغوط Sagittarius A * في مركز مجرة ​​درب التبانة.

ينقلب S2 حول القوس A * في مدار بيضاوي طويل كل 16 عامًا. في أقرب اقتراب لها ، أو الحضيض ، تأتي في غضون 17 ساعة ضوئية من الثقب الأسود ، أو ما يزيد قليلاً عن أربعة أضعاف المسافة من الشمس إلى نبتون.

قد يبدو هذا بعيدًا ، ولكن عندما تتعامل مع شيء ضخم مثل القوس A * ، يكون قريبًا بشكل مثير للدهشة ، وتؤدي ركلة الجاذبية من الثقب الأسود إلى تسريع النجم إلى ما يقرب من 3 بالمائة من سرعة الضوء أثناء تأرجحه. إنه أحد أقرب النجوم في مركز المجرة.

وهذه ليست أول مسابقات رعاة البقر في S2. ظل علماء الفلك يراقبون النجم عن كثب منذ التسعينيات. في 2018 ،أعلن تعاون GRAVITYأن الطريقة التي تمدد بها ضوء S2 عندما اقترب من القوس A * كانت تأكيدًا للتأثير الذي تنبأت به النسبية العامة في أحد أكثر اختباراته تطرفًا حتى الآن. في العام التالي ، فريق ثانأكدوا هذه النتائج بورقهم الخاص، مكتوبة باستخدام مجموعة مستقلة من الملاحظات.

الآن ، استخدم GRAVITY Collaboration أكثر من 330 قياسًا من الملاحظات التي يعود تاريخها إلى عام 1992 حتى نهاية عام 2019 لمعرفة ما إذا كانت الحركة الاستباقية المرصودة تتطابق مع التوقعات التي قدمتها النسبية العامة. وضربوا paydirt.

'بعد متابعة النجم في مداره لأكثر من عقدين ونصف العقد ، تكتشف قياساتنا الرائعة بدقة مقدمة شوارزشيلد في S2 في مسارها حول القوس A * ،' قال عالم الفيزياء الفلكية ستيفان جيلسن من و.

لكن هذا ليس كل شيء. من أجل حساب مقدمة S2 ، يلزم وجود كتلة دقيقة لـ Sagittarius A *. حتى الآن ، تشير الأدلة إلى كتلة تبلغ حوالي 4 ملايين ضعف كتلة الشمس. من أجل ملاءمة المدار المرصود ، تطلبت معادلات النسبية أيضًا كتلة تبلغ حوالي 4 ملايين ضعف كتلة الشمس.

هذا تأكيد آخر لكتلة القوس A *. كما أنه يسمح لعلماء الفلك بدراسة الفضاء حول المدار أيضًا. على سبيل المثال ، إذا كان هناك جسم ضخم آخر ، مثلثقب أسود متوسط ​​الكتلة، كانت في مكان قريب ، من شأنها أن تؤثر على المدار. عدم العثور على تلك التأثيرات المدارية يعني أنه يمكننا تقييد ما يوجد في مركز المجرة.

نظرًا لأن قياسات S2 تتبع النسبية العامة جيدًا ، يمكننا وضع حدود صارمة على كمية المواد غير المرئية ، مثل الموزعة المادة المظلمة أو ربما أصغر الثقوب السوداء قال عالما الفيزياء الفلكية جاي بيرين وكارين بيرو من مرصد باريس دي ميودون ومرصد جرينوبل في فرنسا ، على التوالي.

'هذا ذو أهمية كبيرة لفهم تكوين وتطور الثقوب السوداء الهائلة.'

كل ذلك من نجمة واحدة فقط. كم هو رائع.

تم نشر البحث في علم الفلك والفيزياء الفلكية .

من نحن

نشر حقائق تقارير مستقلة ومثبتة عن الصحة والفضاء والطبيعة والتكنولوجيا والبيئة.