Các nhà thiên văn học đã biết đến một thời gian có một ngôi sao quay quanh khá gần lỗ đen ở trung tâm thiên hà của chúng ta. Nhà thiên văn học Andrea Ghez từ UCLA cho biết khả năng quan sát hai ngôi sao này trong một "thời gian ngắn" quanh hố đen sẽ giúp nhà khoa học đo lường tác động của độ cong không gian và họ có thể xác định liệu Albert Einstein có đúng không dự đoán của ông về cách các lỗ đen có thể làm cong không gian và thời gian.
Ghez cho biết, tôi rất hài lòng khi tìm thấy hai ngôi sao quay quanh hố đen siêu lớn của chúng ta trong vòng ít hơn một đời người. Đây là bản tango của [những ngôi sao] lần đầu tiên sẽ tiết lộ hình học thực sự của không gian và thời gian gần một lỗ đen. Phép đo này không thể được thực hiện chỉ với một ngôi sao.
Có gần 3.000 ngôi sao có quỹ đạo gần với hố đen và hầu hết chúng có quỹ đạo từ 60 năm trở lên.
Ngôi sao gần gũi được biết đến trước đó, S0-2, quay quanh hố đen cứ sau 15,5 năm. Và bây giờ, ngôi sao mới được tìm thấy, được gọi là S0-102, quay quanh lỗ đen trong 11,5 năm, quỹ đạo ngắn nhất được biết đến của bất kỳ ngôi sao nào gần lỗ đen này.
Tái thiết quỹ đạo của hai ngôi sao Đập S0-2 và S0-102, gần lỗ đen ở trung tâm Milky Way. (Các quỹ đạo khác của sao cũng được mô tả bằng các đường mờ hơn.) Nền là hình ảnh hồng ngoại có độ phân giải cao thực sự của vùng. Tín dụng: Andrea Ghez et al./UCLA/Keck
Theo cùng một cách mà các hành tinh quay quanh mặt trời, S0-102 và S0-2 đều nằm trong một quỹ đạo hình elip quanh lỗ đen trung tâm. Ghez nói rằng chuyển động hành tinh trong hệ mặt trời của chúng ta là thử nghiệm cuối cùng cho lý thuyết hấp dẫn của Newton cách đây 300 năm, và bây giờ chuyển động của S0-102 và S0-2 sẽ là thử nghiệm cuối cùng cho thuyết tương đối rộng của Einstein, mô tả lực hấp dẫn như của Einstein một hệ quả của độ cong của không gian và thời gian.
Điều thú vị khi nhìn thấy các ngôi sao đi qua quỹ đạo hoàn chỉnh của chúng không chỉ là bạn có thể chứng minh rằng một lỗ đen tồn tại mà bạn còn có cơ hội đầu tiên để kiểm tra vật lý cơ bản bằng cách sử dụng chuyển động của những ngôi sao này, ông Ghez nói. Hiển thị rằng nó đi xung quanh trong một hình elip cung cấp khối lượng của lỗ đen siêu lớn, nhưng nếu chúng ta có thể cải thiện độ chính xác của các phép đo, chúng ta có thể thấy độ lệch so với hình elip hoàn hảo - đó là dấu hiệu của thuyết tương đối rộng.
Khi các ngôi sao tiến đến gần nhất, chuyển động của chúng sẽ bị ảnh hưởng bởi độ cong của không thời gian và ánh sáng truyền từ các ngôi sao tới chúng ta sẽ bị biến dạng, Ghez nói.
S0-2, sáng hơn 15 lần so với S0-102, sẽ đi qua cách tiếp cận gần nhất với lỗ đen năm 2018. S0-102 thực hiện cách tiếp cận gần nhất vào năm 2021, vì vậy nhóm sẽ để mắt đến những ngôi sao này khi chúng Gantz nói gần gũi, nhưng không đủ gần để bị hút vào, Ghez nói.
Ghez và các đồng nghiệp của cô đã quan sát S0-2 từ năm 1995. Năm 2000, lần đầu tiên cô và nhóm của mình báo cáo - rằng các nhà thiên văn học đã nhìn thấy những ngôi sao tăng tốc xung quanh lỗ đen siêu lớn. Nghiên cứu của họ đã chứng minh rằng ba ngôi sao đã tăng tốc hơn 250.000 dặm / năm khi chúng quay quanh hố đen. Tốc độ của S0-102 và S0-2 cũng sẽ tăng tốc hơn 250.000 dặm / giờ theo cách tiếp cận gần nhất của họ, Ghez nói.
Thực tế là chúng ta có thể tìm thấy những ngôi sao ở rất gần hố đen là một hiện tượng, Ghez nói. Bây giờ, đây là một trò chơi bóng hoàn toàn mới, xét về các loại thí nghiệm chúng ta có thể làm để hiểu cách các lỗ đen phát triển theo thời gian, các lỗ đen siêu lớn đóng vai trò ở trung tâm các thiên hà, và liệu thuyết tương đối rộng của Einstein có hợp lệ gần không lỗ đen, nơi lý thuyết này chưa bao giờ được thử nghiệm trước đây. Bây giờ, nó rất thú vị khi có một phương tiện để mở cửa sổ này.
Nghiên cứu được thực hiện bằng Kính thiên văn Keck. Bài báo của nhóm nghiên cứu đã được xuất bản vào ngày 5 tháng 10 trên tạp chí Science.
Nguồn: UCLA
Chú thích hình ảnh chính: Kính thiên văn Keck I và Keck II tập trung vào hai ngôi sao quay quanh hố đen Milky Way. Ảnh nền: Tín dụng Dan Birchall / Kính viễn vọng Subaru trên Mauna Kea, Hawaii. Lớp phủ được tạo bởi Giáo sư Andrea Ghez và nhóm nghiên cứu của cô tại UCLA và là từ các bộ dữ liệu thu được với Kính thiên văn W. M. Keck.
