|
Звезда, вращающаяся вокруг сверхмассивной чёрной дыры
|
|
|
|
Хотя общая теория относительности (ОТО) — элегантная теория гравитации, нам нечасто приходится её использовать. Для большинства гравитационных взаимодействий теория всемирного тяготения Ньютона работает вполне хорошо. Модель Ньютона достаточно хороша для навигации космических аппаратов в Солнечной системе и для большинства звёзд, вращающихся вокруг Sag A*, сверхмассивной чёрной дыры в центре Млечного пути.
|
|
|
|
Существуют гравитационные эффекты, которые Ньютон не предсказал, такие как гравитационные волны, но для большинства явлений нет существенной разницы между моделями Ньютона и Эйнштейна. Ещё более тонкими являются различия между моделью Эйнштейна и альтернативными моделями релятивистской гравитации. Проверка этих пределов чрезвычайно сложна. Но недавно обнаруженная звезда может помочь.
|
|
|
|
Звезда носит неприметное название S301, потому что она занимает 301-е место в списке известных S-звёзд, вращающихся вокруг Sag A*. Эта звезда немного массивнее Солнца и совершает оборот вокруг звезды Sag A* каждые 8,7 лет. Это самый короткий известный период обращения среди всех S-звезд, и S301 имеет чрезвычайно эллиптическую орбиту. В точке максимального сближения она приближается к Sag A* на расстояние около 140 радиусов, или примерно 24 астрономических единиц. Другими словами, если бы Sag A* находилась в центре нашей Солнечной системы, её горизонт событий находился бы прямо внутри орбиты Меркурия, а в точке максимального сближения S301 прошла бы между орбитами Урана и Нептуна. Она также двигалась бы со скоростью более 8% от скорости света. Результаты исследования опубликованы на сервере препринтов arXiv.
|
|
|
|
|
|
|
Это делает S301 самой релятивистской звездой из всех, что мы наблюдали. Это позволит нам проверить некоторые пределы общей теории относительности. Например, мы уже наблюдали прецессию орбиты S301. Мы наблюдали орбитальную прецессию в движении Меркурия. Это был один из классических тестов общей теории относительности. Но прецессия Меркурия ничтожно мала. Разница в движении между предсказаниями Эйнштейна и Ньютона меньше, чем длительность сердцебиения человека за каждый оборот. Для S301 перигелий смещается примерно на 2° за каждый оборот.
|
|
|
|
Это движение настолько экстремально, что вступают в игру вторичные релятивистские эффекты. К ним относятся гравитационное красное смещение и поперечный эффект Доплера. Мы наблюдали эти эффекты в лаборатории, но S301 дает нам возможность изучать их в природе. Что еще более важно, со временем мы можем использовать S301 для изучения альтернатив общей теории относительности.
|
|
|
|
Одна из главных трудностей общей теории относительности заключается в том, что она плохо сочетается с квантовой теорией. Несколько моделей пытаются объединить их, но они отличаются от общей теории относительности только в крайних случаях. Некоторые из этих различий могут наблюдаться на релятивистских скоростях, поскольку эффекты имеют порядок (v/c)^2 или (v/c)^3. На этих уровнях также вступают в игру эффекты вращения черной дыры и ее взаимодействия с вращением звезды. Будущие крупные телескопы, такие как Гигантский телескоп Магеллана (GMT), смогут наблюдать спектр S301 с достаточной точностью, чтобы измерить эффекты второго и третьего порядков.
|
|
|
|
Однако пока наблюдение S301 остается сложной задачей. Центр нашей галактики скрыт в облаках и пыли, а это значит, что мы не можем наблюдать его в оптическом свете. Поскольку S301 — звезда, подобная Солнцу, она не особенно яркая, даже в инфракрасном диапазоне. Мы можем наблюдать ее движение, но пока не можем собрать значимые спектральные данные.
|
|
|
|
Но, как и во всем, что касается теории относительности, это лишь вопрос времени.
|
|
|
|
Источник
|
