Per la prima volta in assoluto, i ricercatori hanno visto una corsa a stella oltre il buco nero supermassiccio nel cuore della Via Lattea, verificando che il suo movimento mostrasse gli effetti della relatività generale, come previsto da Albert Einstein.
Le stelle della Via Lattea orbitano attorno a un gigantesco buco nero chiamato Sagittario A *, che è generalmente silenzioso visto dalla Terra, tranne che per lacerare l'oggetto occasionale che si avventura troppo vicino. La massa del buco nero è 4 milioni di volte quella del sole e mostra il campo gravitazionale più forte della nostra galassia, rendendolo - e un piccolo gruppo di stelle in orbita ad alta velocità - un terreno di prova perfetto per gli effetti estremi previsti dalla teoria di Einstein relatività generale.
Per 26 anni, i ricercatori hanno osservato il centro della Via Lattea utilizzando strumenti dell'Osservatorio europeo meridionale (ESO). "Il centro galattico era il nostro laboratorio per testare la gravità", ha dichiarato Odele Straub, astrofisico dell'Osservatorio di Parigi e coautore del nuovo studio, in una conferenza stampa dell'ESO del 26 luglio. [Spiegazione della teoria della relatività di Einstein (Infografica)]
Gli astronomi hanno utilizzato nuove osservazioni a infrarossi degli strumenti GRAVITY, SINFONI e NACO sul Very Large Telescope dell'ESO in Cile per seguire una stella, nota come S2, che fa parte di un gruppo di stelle in rapido movimento in orbita attorno al buco nero supermassiccio, situato a 26.000 luci anni dalla Terra.
Nel maggio 2018, questi astronomi hanno visto passare S2 molto vicino a questo buco nero. All'epoca, S2 si muoveva in modo estremamente rapido: 15,5 milioni di mph (25 milioni di km / h). Confrontando le misurazioni di posizione e velocità prese da GRAVITY e SINFONI e le precedenti misurazioni di S2, il team ha scoperto che la luce deformata dalla stella era coerente con le previsioni basate sulla descrizione della relatività generale di come la gravità si piega spazio-tempo.
Le misurazioni di S2 mostrano chiaramente un effetto noto come redshift, hanno detto i funzionari dell'ESO in una nota.
"Redshift ci dice in che modo la gravità influenza i fotoni mentre viaggiano attraverso l'universo", Andrea Mia Ghez, un astronomo e professore presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'Università della California, Los Angeles, che non è stato coinvolto in questa ricerca, detto a Space.com.
Il campo gravitazionale del buco nero supermassiccio ha allungato la luce lasciando S2, e il cambiamento nella lunghezza d'onda della luce da S2 si allinea con quanto previsto dalla teoria di Einstein, secondo l'affermazione.
Le nuove misurazioni e risultati non concordano con ciò che sarebbe previsto dalla più semplice teoria della gravità newtoniana, hanno detto i ricercatori alla conferenza stampa. Frank Eisenhauer, scienziato dello staff senior del Max Plank Institute for Extraterrestrial Physics e principale investigatore per GRAVITY e lo spettrografo SINFONI, ha mostrato un vivido grafico che evidenzia tale divergenza alla conferenza stampa dell'ESO - leggendo "Einstein 1: 0 Newton" - suscitando applausi dal pubblico.
Questa è la prima volta che una tale deviazione dalla teoria della gravità newtoniana è stata osservata in una stella attorno a un buco nero supermassiccio, hanno detto i ricercatori nell'affermazione, sebbene fosse la seconda volta che osservavano S2 attorno al buco nero; seguono il sistema da più di due decenni. L'ultima volta che è passato, 16 anni fa, la risoluzione delle misurazioni non era abbastanza buona per raccogliere gli effetti della relatività.
Come esseri umani sulla Terra, cadiamo, lasciamo cadere le cose e non galleggiamo fuori dal pianeta nello spazio; da una prospettiva quotidiana, comprendiamo abbastanza bene la gravità. Tuttavia, delle diverse leggi della fisica, "la gravità è la meno testata, sebbene [sia] quella che capiamo meglio da un'esistenza umana", ha detto Ghez. Questa nuova ricerca aiuta a consolidare la nostra comprensione della gravità su una scala più ampia.
"Ottenere questa legge nel modo giusto è estremamente importante", ha detto Ghez. Anche se non hai ragione, o lavori con una comprensione errata della gravità - anche su piccola scala - quegli errori potrebbero essersi accumulati su una scala più ampia, ha aggiunto.
Questo lavoro mostra come la gravità agisce vicino a un buco nero supermassiccio, migliorando così la comprensione degli scienziati sulla forza e sui suoi effetti, hanno detto i ricercatori. "Qui nel sistema solare, possiamo solo testare le leggi della fisica ora e in determinate circostanze", ha dichiarato Françoise Delplancke, capo del dipartimento di ingegneria del sistema dell'ESO e coautore del nuovo studio. "Quindi è molto importante in astronomia verificare anche che quelle leggi siano ancora valide laddove i campi gravitazionali sono molto più forti."
Gli astronomi continueranno a osservare e studiare S2 e sperano di mostrare presto l'effetto della relatività generale su una piccola rotazione dell'orbita della stella mentre si allontana dal buco nero supermassiccio, i ricercatori hanno detto.
I risultati della nuova ricerca sono stati pubblicati online oggi (26 luglio) sulla rivista Astronomy & Astrophysics.
