Astronomer har känt under en tid att det fanns en stjärna som kretsade ganska nära det svarta hålet i mitten av vår galax. Astronom Andrea Ghez från UCLA säger att förmågan att titta på dessa två stjärnor i en kortvarig "tango" runt det svarta hålet kommer att hjälpa forskare att mäta effekterna av rymd-tid-krökning, och de borde kunna avgöra om Albert Einstein hade rätt i hans förutsägelse om hur svarta hål kan skeva utrymme och tid.
"Jag är oerhört nöjd med att hitta två stjärnor som kretsar runt vår galaxs supermassiva svarta hål på mycket mindre än en mänsklig livstid," sade Ghez. ”Det är tango från [dessa stjärnor] som kommer att avslöja den verkliga geometri för rymd och tid nära ett svart hål för första gången. Denna mätning kan inte göras med en stjärna ensam. ”
Det finns nästan 3 000 stjärnor som kretsar något nära det svarta hålet, och de flesta av dem har banor på 60 år eller längre.
Den tidigare kända närbildstjärnan, S0-2, kretsar runt det svarta hålet var 15,5 år. Och nu, den nyligen hittade stjärnan, kallad S0-102, kretsar runt det svarta hålet i ett brinnande 11,5 år, den kortaste kända bana för någon stjärna nära detta svarta hål.
Rekonstruktion av banorna mellan två stjärnor - S0-2 och S0-102 - nära det svarta hålet i Vintergatan. (Andra stjärnorbanor avbildas också av svagare linjer.) Bakgrunden är en verklig högupplöst infraröd bild av regionen. Kredit: Andrea Ghez et al./UCLA/Keck
På samma sätt som planeter kretsar runt solen, S0-102 och S0-2 är var och en i en elliptisk bana runt det centrala svarta hålet. Ghez sa att planetrörelsen i vårt solsystem var det ultimata testet för Newtons gravitationsteori för 300 år sedan, och nu kommer rörelsen av S0-102 och S0-2 att vara det ultimata testet för Einsteins teori om allmän relativitet, som beskriver tyngdkraften som en konsekvens av rumets och tidens krökning.
"Det spännande med att se stjärnor gå igenom deras fulla bana är inte bara att du kan bevisa att det finns ett svart hål utan du har den första möjligheten att testa grundläggande fysik med hjälp av rörelserna från dessa stjärnor," sade Ghez. "Att visa att det går runt i en ellips ger massan av det supermassiva svarta hålet, men om vi kan förbättra mätningens precision kan vi se avvikelser från en perfekt ellips - vilket är den relativa relativitetens signatur."
När stjärnorna kommer närmast kommer deras rörelse att påverkas av rymdtidens krökning, och ljuset som reser från stjärnorna till oss kommer att förvrängas, sade Ghez.
S0-2, som är 15 gånger ljusare än S0-102, kommer att gå igenom sin närmaste inställning till det svarta hålet 2018. S0-102 gör sitt närmaste tillvägagångssätt 2021, så laget kommer att hålla ett öga på dessa stjärnor när de bli lockande nära, men inte tillräckligt nära för att sugas in, sade Ghez.
Ghez och hennes kollegor har observerat S0-2 sedan 1995. År 2000 rapporterade hon och hennes team - för första gången - att astronomer hade sett stjärnor accelerera runt det supermassiva svarta hålet. Deras forskning visade att tre stjärnor hade accelererat med mer än 250 000 km / h om året när de kretsade runt det svarta hålet. Hastigheten S0-102 och S0-2 bör också påskyndas med mer än 250 000 mph vid deras närmaste tillvägagångssätt, sade Ghez.
"Det faktum att vi kan hitta stjärnor som ligger så nära det svarta hålet är fenomenalt," sade Ghez. ”Nu är det ett helt nytt kulspel, i termer av de typer av experiment vi kan göra för att förstå hur svarta hål växer med tiden, den roll som supermassiva svarta hål spelar i galaxens centrum och om Einsteins teori om allmän relativitet är giltig nära en svart hål, där denna teori aldrig har testats tidigare. Det är spännande att nu ha ett sätt att öppna detta fönster. "
Forskningen gjordes med hjälp av Keck-teleskop. Teamets artikel publicerades 5 oktober i tidskriften Science.
Källa: UCLA
Huvudbildtexter: Keck I- och Keck II-teleskopen fokuserar på två stjärnor som kretsar kring Vintergatan i det svarta hålet. Bakgrundsfoto kredit: Dan Birchall / Subaru Telescope på Mauna Kea, Hawaii. Överlägg skapat av professor Andrea Ghez och hennes forskarteam vid UCLA och kommer från datauppsättningar erhållna med W. M. Keck-teleskop.
