"Эйнштейн прав, но в его теории есть уязвимость": физики проверили ОТО в черной дыре

National Science Foundation

По словам Андреи Гез, профессора физики и астрономии из Калифорнийского университета, спустя более чем 100 лет после публикации культовой общей теории относительности (ОТО) Альберта Эйнштейна, многие ученые заявили о том, что она начала разрушаться. Однако в ходе последнего самого масштабного исследования ОТО вблизи гигантской черной дыры в центре нашей Галактики, Гез и ее команда сообщили, что теория Эйнштейна пока выдерживает проверку.

«Эйнштейн прав, по крайней мере, на данный момент», - сказала Гез. «Мы можем абсолютно исключить закон тяготения Ньютона. Наши наблюдения согласуются с общей теорией относительности Эйнштейна, однако она определенно имеет уязвимость. Она не может полностью объяснить гравитацию внутри черной дыры, и в какой-то момент нам нужно будет двигаться от ОТО дальше к более всеобъемлющей теории гравитации, которая могла бы рассказать, что такое черная дыра», - добавила она.

Согласно ОТО Эйнштейна, то, что мы воспринимаем как силу гравитации, возникает в результате искривления пространства и времени. Ученый предположил, что такие объекты, как Солнце и Земля, эту геометрию изменяют. По словам Гез, в ходе своего исследования, которое она назвала «экстремальной астрофизикой», команда пришла к выводу, что теория Эйнштейна представляет собой лучшее описание природы гравитации на сегодняшний день.

Она пояснила, что законы физики, включая гравитацию, должны действовать повсюду во Вселенной. От этой гипотезы команда ученых и отталкивалась в своей научной работе, в ходе которой велись наблюдения за звездой, известной как S0-2, двигающейся по орбите в трех измерениях вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. Полный оборот занимает 16 лет, а масса черной дыры примерно в четыре миллиона раз больше массы Солнца.

По словам астрофизиков, их работа - самое детальное исследование, когда-либо проводимое в сверхмассивной черной дыре и теории общей теории относительности Эйнштейна.

Ключевыми данными в исследовании были спектры, которые проанализировала команда, когда звезда максимально приблизилась к огромной черной дыре. Спектры показали интенсивность света и предоставили важную информацию о светиле, в том числе о ее составе. Эти данные были объединены с информацией, полученной Гез и ее командой за последние 24 года.

«Особенность S0-2 состоит в том, что мы видим ее орбиту в трех измерениях. Именно это дает нам входной билет в тестирование ОТО. Наш вопрос заключался в поведении гравитации рядом со сверхмассивной черной дырой и соответствии действительности с теорией Эйнштейна. Наблюдение движения звезд по их полной орбите впервые обеспечило возможность проверить фундаментальную гипотезу физика», - рассказала она.

В результате ученые смогли увидеть смешивание пространства и времени вблизи сверхмассивной черной дыры. «Согласно ньютоновской версии о гравитации, пространство и время разделены и не смешиваются; в теории Эйнштейне они полностью смешиваются рядом с черной дырой», - объяснила Гез.

Исследователи изучали фотоны - частицы света - во время их путешествия от S0-2 до Земли. Вокруг черной дыры S0-2 движется с огромной скоростью, которая составляет почти 25 800 000 км/ч при ближайшем подходе. Эйнштейн рассчитал, что в этой области, близкой к черной дыре, фотоны должны выполнять дополнительную работу. Их длина волны, когда они покидают звезду, зависит не только от того, как быстро звезда движется, но также и от того, сколько энергии они расходуют, чтобы не попасть внутрь монстра.

Для того, чтобы фотоны от S0-2 достигли нашей планеты, требуется 26 000 лет. Ученые отметили, что они годами готовились к проведению этих измерений. «Несмотря на то, что для нас все это происходит сейчас, на самом деле фотоны улетели от звезды 26 000 лет назад!», - подчеркнули исследователи.

Это первое из многих испытаний общей теории относительности, которое исследовательская группа Гез проведет на звездах возле сверхмассивной черной дыры. Среди звезд, которые больше всего интересуют ученых, также есть некая S0-102 с самой короткой орбитой. Ее оборот вокруг черной дыры занимает «всего» 11,5 лет. У большинства звезд, изучаемых командой, орбиты намного длиннее, чем продолжительность жизни человека.

Исследование было проведено с помощью Обсерватории Кека на Гавайях с использованием спектрографа, установленного в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе.

Материал подготовила Татьяна Артюхова

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: