För första gången någonsin har forskare sett ett stjärnlopp förbi det supermassiva svarta hålet i hjärtat av Vintergatan och bekräftat att dess rörelse visade effekterna av allmän relativitet, enligt Albert Einstein.
Stjärnorna på Vintergatan kretsar runt ett gigantiskt svart hål som kallas Skytten A *, som i allmänhet är tyst sett från jorden, med undantag för att riva isär det enstaka objektet som vågar för nära. Det svarta hålets massa är fyra miljoner gånger solens, och den visar vår galaxs starkaste gravitationsfält, vilket gör det - och en liten grupp stjärnor som kretsar runt den med hög hastighet - en perfekt bevisande mark för de extrema effekterna som förutspås av Einsteins teori om allmän relativitet.
I 26 år har forskare observerat mjölkvägens centrum med hjälp av instrument från European Southern Observatory (ESO). "Det galaktiska centret var vårt laboratorium för att testa tyngdkraften," sade Odele Straub, en astrofysiker vid Parisobservatoriet och medförfattare till den nya studien, på en ESO-nyhetskonferens den 26 juli.
Astronomer har använt nya infraröda observationer från GRAVITY, SINFONI och NACO-instrumenten på ESO: s Very Large Telescope i Chile för att följa en stjärna, känd som S2, som är en del av en grupp snabbrörande stjärnor som kretsar kring det supermassiva svarta hålet, beläget 26 000 ljus -år från jorden.
I maj 2018 bevittnade dessa astronomer S2 passerar mycket nära detta svarta hål. Vid den tiden rörde S2 sig extremt snabbt - 25 miljoner km / h. Genom att jämföra positions- och hastighetsmätningar gjorda av GRAVITY och SINFONI och tidigare mätningar gjorda av S2, fann teamet att det snedställda ljuset från stjärnan överensstämde med förutsägelser baserade på den allmänna relativitetens beskrivning av hur tyngdkraften böjer rymdtid.
Mätningarna av S2 visar tydligt en effekt som kallas redshift, sade ESO-tjänstemän i ett uttalande.
"Redshift berättar hur tyngdkraften påverkar fotoner när de reser genom universum," Andrea Mia Ghez, en astronom och professor vid Institutionen för fysik och astronomi vid University of California, Los Angeles, som inte var inblandad i denna forskning, berättade för Space.com.
Det supermassiva svarta hålets gravitationsfält sträckte ut ljuset som lämnade S2, och förändringen i våglängden för ljus från S2 överensstämmer med vad som förutses av Einsteins teori, enligt uttalandet.
De nya mätningarna och resultaten överensstämmer inte med vad som skulle förutsägas av den enklare, Newtonska gravitationsteorin, sa forskarna på nyhetskonferensen. Frank Eisenhauer, seniorforskare vid Max Plank Institute for Extraterrestrial Physics och huvudutredare för GRAVITY och SINFONI-spektrografen, visade ett livligt diagram som framhöll den divergensen på ESOs nyhetskonferens - läser "Einstein 1: 0 Newton" - framkalla jubel från publik.
Detta är första gången en sådan avvikelse från den Newtonska tyngdkraftteorin har observerats i en stjärna runt ett supermassivt svart hål, säger forskarna i uttalandet, även om det var andra gången de observerade S2 runt det svarta hålet; de har spårat systemet i mer än två decennier. Förra gången den gick förbi, för 16 år sedan, var mätningens upplösning inte tillräckligt bra för att ta upp relativitetens effekter.
Som människor på jorden faller vi, vi släpper saker och vi flyter inte av planeten ut i rymden; ur ett vardagsperspektiv förstår vi gravitationen ganska bra. Emellertid av fysikens olika lagar, "tyngdkraften är det minst testade, även om det är den vi förstår från en mänsklig existens som den bästa," sade Ghez. Denna nya forskning hjälper till att stärka vår förståelse av allvar i större skala.
"Att få den här lagen rätt är oerhört viktigt," sade Ghez. Även om du inte har det rätt, eller om du arbetar med en felaktig förståelse av tyngdkraften - även i liten skala - kan de misstag ha samlats i större skala, tillade hon.
Detta arbete visar hur tyngdkraften verkar nära ett supermassivt svart hål och därmed förbättra forskarnas förståelse för kraften och dess effekter, säger forskarna. "Här i solsystemet kan vi bara testa fysikens lagar nu och under vissa omständigheter," sade Françoise Delplancke, chef för avdelningen för systemteknik vid ESO och medförfattare till den nya studien. "Så det är mycket viktigt inom astronomi att också kontrollera att dessa lagar fortfarande är giltiga där tyngdfältet är mycket starkare."
Astronomer kommer att fortsätta att observera och studera S2 och hoppas att snart visa allmän relativitetens effekt på en liten rotation av stjärnans bana när den reser bort från det supermassiva svarta hålet, säger forskarna.
Resultaten av den nya forskningen publicerades online idag (26 juli) i tidskriften Astronomy & Astrophysics.
