في مركز مجرتنا ، على بعد حوالي 26000 سنة ضوئية من الأرض ، يوجد الثقب الأسود الهائل (SMBH) المعروف باسم القوس أ * . توفر الجاذبية القوية لهذا الجسم والعنقود الكثيف من النجوم حوله لعلماء الفلك بيئة فريدة لاختبار الفيزياء في ظل أقسى الظروف. على وجه الخصوص ، يوفر لهم فرصة للاختبار نظرية النسبية العامة لأينشتاين (NS).
على سبيل المثال ، في الثلاثين عامًا الماضية ، كان الفلكيون يرصدون نجمًا بالقرب من القوس A * (S2) لمعرفة ما إذا كان مداره يتوافق مع ما تنبأت به النسبية العامة. أكملت الملاحظات الأخيرة التي تم إجراؤها باستخدام التلسكوب الكبير جدًا (VLT) التابع لـ ESO حملة المراقبة التي أكدت أن مدار النجم على شكل وردة ، مما يثبت مرة أخرى أن نظرية أينشتاين كانت صحيحة فيما يتعلق بالمال!
الدراسة التي تصف نتائج الفريق الدولي ظهرت مؤخرًا في المجلة علم الفلك والفيزياء الفلكية . تألف الفريق المسؤول من أعضاء GRAVITY Collaboration ، والتي تضم باحثين من المرصد الأوروبي الجنوبي (ESO) ، معهد ماكس بلانك للفيزياء خارج الأرض (MPE) ، و معهد ماكس بلانك لعلم الفلك (MPA) و CERN والعديد من المعاهد والجامعات.
لتقسيمها ، تنص النسبية العامة على أن انحناء الزمكان يتغير في وجود جسم هائل. عندما صاغ أينشتاين هذه النظرية رسميًا بحلول عام 1915 ، أوضح عددًا من الأشياء ، ليس أقلها المدار الغريب لعطارد. بحلول أوائل القرن العشرين ، لاحظ علماء الفلك أن الحضيض الشمسي لعطارد يخضع لمبادرة - أي أنه يدور بمرور الوقت.
معظم النجوم والكواكب لها مدارات إهليلجية ، مما يعني أن المسافة التي تفصلها عن الجسم الذي يدور حوله تتغير. ولكن في حالة الاستباقية ، فإن أقرب نقطة في مدارهم (الحضيض الشمسي) تدور حول الجسم نفسه. يُعرف هذا باسم Schwarzschild الاستباقية التي (عند تصورها) تبدو وكأنها وردة بدلاً من القطع الناقص ، مع كل مدار فردي يشبه بتلة الزهرة.
كما أوضح راينهارد جينزل ، مدير MPE ومهندس البرنامج الذي استمر 30 عامًا تقريبًا والذي أدى إلى هذه النتيجة ، في ESO الأخير خبر صحفى :
'تتنبأ النسبية العامة لأينشتاين بأن المدارات المقيدة لجسم حول آخر ليست مغلقة ، كما هو الحال في الجاذبية النيوتونية ، ولكنها تتقدم للأمام في مستوى الحركة. كان هذا التأثير الشهير - الذي شوهد لأول مرة في مدار كوكب عطارد حول الشمس - أول دليل لصالح النسبية العامة. بعد مائة عام اكتشفنا الآن نفس التأثير في حركة نجم يدور حول مصدر الراديو المضغوط Sagittarius A * في مركز مجرة درب التبانة. يقوي هذا الاختراق في الرصد الدليل على أن القوس A * يجب أن يكون ثقبًا أسود هائلاً تبلغ كتلته 4 ملايين ضعف كتلة الشمس '.
يُظهر انطباع هذا الفنان مسار النجم S2 وهو يمر قريبًا جدًا من الثقب الأسود الهائل في مركز مجرة درب التبانة. الائتمان: ESO / M. كورنميسر
في حالة S2 ، يأخذ مداره من مسافة تقل عن 20 مليار كيلومتر (12.4 مليار ميل) ، أو مائة وعشرين ضعف المسافة بين الشمس والأرض - مما يجعله أحد أقرب النجوم الموجودة في المدار. حول القوس A *. في أقرب اقترابه ، يندفع S2 عبر الفضاء تقريبًا 3٪ من سرعة الضوء ، يكمل مدارًا مرة كل 16 عامًا. هذا المدار الطويل هو سبب ضرورة مراقبة النجم لما يقرب من ثلاثين عامًا.
وبذلك ، تمكنت GRAVITY Collaboration من رؤية تقدم Schwarzschild حول SMBH لأول مرة. قال ستيفان جيلسن ، باحث MPE الذي قاد تحليل قياسات الفريق: 'بعد متابعة النجم في مداره لأكثر من عقدين ونصف ، تكتشف قياساتنا الرائعة بقوة تباعد شوارزشيلد في S2 في مساره حول القوس A *.'
تؤكد هذه النتائج النسبية العامة ، التي تتنبأ بدقة بمدى تغير مدار S2 بمرور الوقت. الدراسة باستخدام VLT هي أيضًا نعمة لعلماء الفلك لأنها تتيح لهم معرفة المزيد حول ما يحدث بالقرب من القوس A * ، والذي يمكن أن يلقي الضوء على تطور مجرتنا والألغاز الكونية الأخرى. قالت غي بيرين وكارين بيرو ، العلماء الفرنسيون البارزون في المشروع:
'نظرًا لأن قياسات S2 تتبع النسبية العامة جيدًا ، يمكننا وضع حدود صارمة على كمية المواد غير المرئية ، مثل المادة المظلمة الموزعة أو الثقوب السوداء الصغيرة المحتملة ، الموجودة حول القوس A *. هذا ذو أهمية كبيرة لفهم تكوين وتطور الثقوب السوداء الهائلة. '
هذه النتائج هي نتيجة 27 عامًا من الملاحظات الخاصة بـ S2 التي (في معظم ذلك الوقت) اعتمدت على أسطول من الأدوات في ESO's VLT. وشملت هذه جاذبية و مخطط الطيف للرصد الميداني INtegral في الأشعة تحت الحمراء القريبة (SINFONI) و نظام البصريات التكيفية Nasmyth (NAOS) - مصور الأشعة تحت الحمراء القريبة والمطياف (NACO) ، والتي أخذت معًا أكثر من 330 قياسًا لموقع النجم وسرعته.
تمت تسمية شركة GRAVITY Collaboration باسم الآلة قاموا بتطويرها لمقياس التداخل VLT ، الذي يجمع ضوء جميع التلسكوبات الأربعة VLT التي يبلغ قطرها 8 أمتار (26.25 قدمًا) في تلسكوب فائق بدقة مكافئة لتلك الخاصة بتلسكوب 130 مترًا (426.5 قدمًا). كان هذا الفريق نفسه مسؤولاً عن دراسة 2018 التي أكدت النسبية العامة من خلال إظهار كيفية القيام بذلك تم تمديد الضوء من S2 إلى أطوال موجية أطول عند المرور بالقرب من برج القوس A *.
بالنظر إلى المستقبل ، يعتقد الفريق أنهم سيكونون قادرين على رؤية الكثير من النجوم الخافتة التي تدور حول القوس A * باستخدام التلسكوب الكبير للغاية (ELT). يعتقد أندرياس إيكارت ، الباحث من جامعة كولونيا وأحد العلماء الرئيسيين في المشروع ، أنهم سيكونون قادرين على قياس دوران وكتلة القوس A * ، وبالتالي توصيفه وتحديد طبيعة الزمكان من حوله.
'إذا كنا محظوظين ، فقد نلتقط نجومًا قريبة بما يكفي بحيث تشعر في الواقع بالدوران والدوران للثقب الأسود ،' قالت . 'سيكون هذا مرة أخرى مستوى مختلفًا تمامًا لاختبار النسبية.'
قراءة متعمقة: الذي - التي و علم الفلك والفيزياء الفلكية