تظهر الدراسة أنه حتى الظلام الهائل للثقب الأسود يخضع لنظرية أينشتاين

النسبية العامة هي نظرية قوية كما هي. اختبار بعد، بعدمااختباركانالقيتفي ذلك ، ويستمر في الصمود. ومع ذلك ، لا يزال هناك مجال للمناورة. على الرغم من أن نتائج هذه الاختبارات كانت متوافقة مع النسبية العامة ، إلا أنها فشلت أيضًا في استبعاد عدد من الإصدارات المعدلة عرضت كبدائل .

الآن ، الكتلة الفائقة ثقب أسود في قلب مجرة ​​تبعد 55 مليون سنة ضوئية ، وفرت النسبية مع اختبارها الأكثر صرامة حتى الآن. نعم ، إنه M87 * ، ملفأكثر الثقب الأسود ضوئيًا في الكون، وقد قام تعاون Event Horizon Telescope بسبر المنطقة المحيطة به لجعل النسبية العامة أكثر قوة 500 مرة ، بما يكفي بشكل لا يصدق.

في حين أن النسبية العامة رائعة للتنبؤ وفهم تفاعلات الجاذبية ، إلا أنها غير متوافقة رياضياً مع ميكانيكا الكم. القواعد التي تساعدنا على نمذجة التفاعلات غير الجاذبية بين الأشياء.

وقد أدى هذا بالعلماء إلى البحث عن تعديلات وحتى بدائل للنسبية العامة. الهدف هو نظرية موحدة تصف جميع القوى بنفس الطريقة. لذا فإن أي تعديلات مقترحة للنظريات الحالية تحاول القيام بذلك ، بينما تفشل في أن تكون متسقة مع ما نراه في الحياة الواقعية ، يجب أن تحصل على النتيجة النهائية.

'نتوقع أن تكون نظرية الجاذبية الكاملة مختلفة عن النسبية العامة ، ولكن هناك العديد من الطرق التي يمكن بها تعديلها' أوضح عالم الفيزياء الفلكية ديميتريوس بسالتيس من جامعة أريزونا.

لقد وجدنا أنه مهما كانت النظرية الصحيحة ، لا يمكن أن تكون مختلفة بشكل كبير عن النسبية العامة عندما يتعلق الأمر بها الثقوب السوداء . لقد قلصنا حقًا مساحة التعديلات الممكنة.

عندما حقق العلماء لأول مرة ،صورة ظل الثقب الأسودوحلقة من مادة ساخنة تدور حولها ، أعطتنا طرقًا جديدة لاختبار النسبية العامة. واحد من هؤلاء كان حجم الظل.

هذا الظل هو المنطقة المظلمة في مركز الكتلة الدوامة للمادة ، والتي يحددها أفق الحدث - النقطة التي تكون فيها حتى سرعة الضوء غير كافية لتحقيق سرعة الإفلات من جاذبية الثقب الأسود. هذا يعني أنه لا يوجد ضوء يمكن أن يلمع من الثقب الأسود. نظرًا لأن التأثير هو تأثير الجاذبية ، يمكن التنبؤ بحجم المنطقة في ظل النسبية العامة.

M87 * هو ثقب أسود فائق الكتلة يقلب المقاييس الكونية بمقدار 6.5 مليار ضعف كتلة الشمس. يمكن لرياضيات النسبية العامة استخدام هذه الكتلة للتنبؤ بحجم دقيق جدًا للفراغ المظلم ، أو الظل ، حيث لا يمكن للضوء الهروب.

عندما تم الحصول على صورة الثقب الأسود لأول مرة ، كان هذا أحد الاختبارات الأولى التي تم إجراؤها - وبالطبع ، كان حجم الظل كما هو متوقع.

'في ذلك الوقت ، لم نتمكن من طرح السؤال المعاكس: ما مدى اختلاف نظرية الجاذبية عن النسبية العامة وما زالت متسقة مع حجم الظل؟' قال عالم الفيزياء الفلكية بيير كريستيان من جامعة أريزونا. 'تساءلنا عما إذا كان هناك أي شيء يمكننا فعله بهذه الملاحظات من أجل استبعاد بعض البدائل.'

لقد مرت النسبية العامة بعدة اختبارات في النظام الشمسي. طريقة الاتجاه مدار عطاردالتحولات حول الشمس واحدة. الطريقةينحني ضوء النجومعلى طول انحناء الزمكان حول جسم ضخم مثل الشمس هو شيء آخر. قياسات دقيقة لـ المسافات بين الكواكب تقدم بعد آخر.

العديد من التعديلات على النسبية العامة اجتازت أيضًا اختبارات النظام الشمسي. لذلك جمع الفريق هذه التعديلات المستندة إلى النظام الشمسي لاختبارها ضد M87 *. بدلاً من اختبار كل واحدة على حدة مقابل الملاحظات ، بالنسبة لكل نظرية بديلة للجاذبية ، حدد الفريق الخصائص الفريدة التي تتنبأ بظلال الثقب الأسود.

سمح ذلك للفريق بتحديد ما إذا كانت النظرية متوافقة مع ملاحظات Event Horizon Telescope الخاصة بـ M87 * دون الحاجة إلى التفكير في تفاصيل أخرى غير ذات صلة. وهذا سمح لهم باستبعاد بعض التعديلات المقترحة على النسبية العامة بشكل فعال.

باستخدام المقياس الذي طورناه ، أظهرنا أن الحجم المقاس لظل الثقب الأسود في M87 * يضيق مساحة المناورة لإجراء تعديلات على نظرية أينشتاين للنسبية العامة بمقدار 500 عامل تقريبًا ، مقارنةً بالاختبارات السابقة في النظام الشمسي ، قالت عالمة الفيزياء الفلكية فريال أوزيل من جامعة أريزونا.

'العديد من الطرق لتعديل النسبية العامة تفشل في اختبار ظل الثقب الأسود الجديد والأكثر إحكامًا'.

هذا لا يعني أن النسبية العامة لا يمكن كسرها ، والسعي للقيام بذلك مستمر - ليس لأن علماء الفيزياء الفلكية يكرهون النسبية العامة ، ولكن لأن كل اختبار يوفر قيودًا جديدة وأدوات جديدة للاختبار التالي - نأمل أن يقودنا أكثر من أي وقت مضى إلى الحل. الفرق بين النسبية العامة وميكانيكا الكم.

لذلك ، لم تنكسر النسبية العامة في أقوى مجال جاذبية تم اختباره فيه - وباستبعاد بعض البدائل ، تظهر لنا نتائج الفريق أين يمكننا التوقف عن البحث عن إجابة.

'نقول دائمًا إن النسبية العامة اجتازت جميع الاختبارات بألوان متطايرة - إذا كان لدي عشرة سنتات مقابل كل مرة سمعت فيها بذلك ،' قال سرا .

لكن هذا صحيح ، عندما تجري اختبارات معينة ، لا ترى أن النتائج تنحرف عما تتنبأ به النسبية العامة. ما نقوله هو أنه في حين أن كل هذا صحيح ، فلأول مرة لدينا مقياس مختلف يمكننا بواسطته إجراء اختبار أفضل بمقدار 500 مرة ، وهذا المقياس هو حجم ظل الثقب الأسود.

تلسكوب أفق الحدث يزداد قوة. انضمت ثلاثة تلسكوبات جديدة مؤخرًا إلى المصفوفة العالمية ، وسيتم إجراء جولة مراقبة جديدة العام المقبل. نأمل أن يوفر هذا صورًا عالية الدقة لظل الثقب الأسود ، حيث يمكننا إجراء اختبارات أكثر صرامة.

'معا مع موجة الجاذبية الملاحظات ، يمثل هذا بداية حقبة جديدة في الفيزياء الفلكية للثقب الأسود ، ' قال Psaltis .

تم نشر البحث في رسائل المراجعة البدنية .