Många alternativa teorier om tyngdkraft har drömts upp i badet medan de väntar på en buss - eller kanske över en lätt dryck eller två. Idag är det möjligt att avlägsna (eller på annat sätt) din egen husdjursteori genom att på papper förutsäga vad som ska hända med ett föremål som är nära kretsar om ett svart hål - och testa sedan dessa förutsägelser mot observationer av S2 och kanske andra stjärnor som är nära kretsar kring våra galaxens centrala supermassiva svarta hål - tänkt att ligga vid radiokällan Skytten A *.
S2, en ljus B-spektralstjärna, har observerats noggrant sedan 1995 under vilken tid den har slutfört över en bana av det svarta hålet, med tanke på att dess omloppsperiod är mindre än 16 år. S2: s omloppsdynamik kan förväntas skilja sig från vad som skulle förutsägas av Keplers 3rd lag och Newtons tyngdelag, med ett belopp som är tre ordningsföljder större än det onormala belopp som ses i omloppet av Merkurius. I både Mercurys och S2: s fall förutsägs dessa uppenbara anomala effekter av Einsteins teori om allmän relativitet, som ett resultat av krumningen av rymdtiden orsakad av ett närliggande massivt objekt - Solen i Mercurys fall och det svarta hålet i S2: s fall.
S2 kör med en hastighet på cirka 5 000 kilometer per sekund - vilket är nästan 2% av ljusets hastighet. Vid periapsis (närmaste punkten) av sin bana, tros det komma inom 5 miljarder kilometer från Schwarzschild-radien för det supermassiva svarthålet, som är gränsen bortom vilken ljus inte längre kan fly - och en punkt som vi löst kan betrakta som ytan på det svarta hålet. Schwarzschild-radien på det supermassiva svarta hålet är ungefär avståndet från solen till Mercury-bana - och vid periapsis är S2 ungefär samma avstånd från det svarta hålet som Pluto är från solen.
Det supermassiva svarta hålet uppskattas ha en massa av ungefär fyra miljoner solmassor, vilket innebär att det kan ha ätit på flera miljoner stjärnor sedan dess bildning i det tidiga universum - och innebär att S2 bara lyckas hålla fast vid existensen i kraft av dess fantastiska omloppshastighet - som håller den att falla runt, snarare än att falla in i det svarta hålet Som jämförelse förblir Pluto i omloppsbana runt solen genom att upprätthålla en maklig omloppshastighet på nästan 5 kilometer per sekund.
Den detaljerade datauppsättningen av S2s astrometriska position (höger upp- och nedgång) förändras över tid - och därifrån, dess radiella hastighet beräknad på olika punkter längs dess bana - ger en möjlighet att testa teoretiska förutsägelser mot observationer.
Till exempel med dessa data är det möjligt att spåra olika icke-kepleriska och icke-Newtonska funktioner i S2: s bana inklusive:
- effekterna av allmän relativitet (från en yttre referensram, klockor långsamma och längder dras samman i starkare gravitationsfält). Dessa är funktioner som förväntas från att kretsa runt ett klassiskt Schwarzschild svart hål;
- kvadrapolmassamomentet (ett sätt att redovisa det faktum att en himmelkropps gravitationsfält kanske inte är riktigt sfäriskt på grund av dess rotation). Dessa är ytterligare funktioner som förväntas från att kretsa runt ett Kerr-svart hål - dvs ett svart hål med snurr; och
- mörk materia (konventionell fysik antyder att galaxen ska flyga isär med tanke på hastigheten den roterar med - vilket leder till slutsatsen att det finns mer massa närvarande än som möter ögat).
Men hej, det är bara ett sätt att tolka uppgifterna. Om du vill testa några alternativa teorier - som, säger Oceanic String Space Theory - ja, här är din chans.
Vidare läsning: Iorio, L. (2010) Långvariga klassiska och allmänna relativistiska effekter på stjärnornas radiella hastigheter som kretsar kring Sgr A *.
