นักดาราศาสตร์ทราบมานานแล้วว่ามีดาวดวงหนึ่งโคจรรอบหลุมดำใกล้ใจกลางกาแลคซีของเรา นักดาราศาสตร์ Andrea Ghez จาก UCLA กล่าวว่าความสามารถในการดูดาวทั้งสองในระยะสั้น ๆ 'แทงโก้' รอบ ๆ หลุมดำจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์วัดผลกระทบของความโค้งเวลาอวกาศและพวกเขาควรจะทราบได้ว่า Albert Einstein นั้นถูกต้องหรือไม่ การทำนายของเขาว่าหลุมดำสามารถแปรปรวนอวกาศและเวลาได้อย่างไร
“ ฉันยินดีเป็นอย่างยิ่งที่พบดาวสองดวงที่โคจรรอบหลุมดำมวลมหาศาลในกาแลคซีของเราในเวลาน้อยกว่าช่วงอายุของมนุษย์” เกห์ซ์กล่าว “ มันเป็นแทงโก้ของ [ดาวเหล่านี้] ที่จะเปิดเผยรูปทรงเรขาคณิตที่แท้จริงของอวกาศและเวลาใกล้กับหลุมดำเป็นครั้งแรก การวัดนี้ไม่สามารถทำได้ด้วยดาวดวงเดียวเท่านั้น”
มีดาวฤกษ์เกือบ 3,000 ดวงที่โคจรรอบค่อนข้างใกล้กับหลุมดำและส่วนใหญ่มีวงโคจรเป็นเวลา 60 ปีหรือนานกว่านั้น
ดาวระยะใกล้ที่รู้จักกันก่อนหน้านี้คือ S0-2 โคจรรอบหลุมดำทุก ๆ 15.5 ปี และตอนนี้ดาวฤกษ์ที่เพิ่งค้นพบใหม่ชื่อ S0-102 โคจรรอบหลุมดำในระยะเวลา 11.5 ปีซึ่งเป็นวงโคจรที่รู้จักกันสั้นที่สุดของดาวใด ๆ ใกล้กับหลุมดำนี้
การก่อตัวของวงโคจรของดาวฤกษ์สองดวง - S0-2 และ S0-102 - ใกล้หลุมดำที่ใจกลางทางช้างเผือก (วงโคจรของดาวฤกษ์อื่น ๆ จะปรากฎด้วยเส้นจาง ๆ ) พื้นหลังเป็นภาพอินฟราเรดความละเอียดสูงที่แท้จริงของภูมิภาค เครดิต: Andrea Ghez และคณะ / UCLA/Keck
ในลักษณะเดียวกับที่ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์ S0-102 และ S0-2 อยู่ในวงโคจรรูปไข่รอบ ๆ หลุมดำกลาง Ghez กล่าวว่าการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ในระบบสุริยะของเราเป็นการทดสอบขั้นสูงสุดสำหรับทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของนิวตันเมื่อ 300 ปีที่แล้วและตอนนี้การเคลื่อนที่ของ S0-102 และ S0-2 จะเป็นการทดสอบขั้นสุดท้ายสำหรับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ เป็นผลมาจากความโค้งของพื้นที่และเวลา
“ สิ่งที่น่าตื่นเต้นเกี่ยวกับการเห็นดาวผ่านวงโคจรที่สมบูรณ์ของพวกเขาไม่เพียง แต่คุณสามารถพิสูจน์ได้ว่ามีหลุมดำอยู่ แต่คุณมีโอกาสแรกที่จะทดสอบฟิสิกส์พื้นฐานโดยใช้การเคลื่อนที่ของดาวเหล่านี้” Ghez กล่าว “ แสดงว่ามันไปในวงรีให้มวลของหลุมดำมวลยวดยิ่ง แต่ถ้าเราสามารถปรับปรุงความแม่นยำของการวัดเราสามารถเห็นการเบี่ยงเบนจากวงรีที่สมบูรณ์ซึ่งเป็นลายเซ็นของสัมพัทธภาพทั่วไป”
เมื่อดาวมาใกล้พวกเขาการเคลื่อนที่ของพวกเขาจะได้รับผลกระทบจากความโค้งของกาลอวกาศและแสงที่เดินทางจากดวงดาวมาหาเราจะถูกบิดเบือน Ghez กล่าว
S0-2 ซึ่งสว่างกว่า S0-102 ถึง 15 เท่าจะเข้าใกล้หลุมดำที่ใกล้ที่สุดในปี 2561 S0-102 เข้าใกล้ในปี 2564 ดังนั้นทีมจะคอยจับตาดูดาวเหล่านี้ขณะที่พวกเขา เข้าใกล้ยั่วเย้า แต่ไม่ใกล้พอที่จะดูดเข้า Ghez กล่าว
Ghez และเพื่อนร่วมงานของเธอเฝ้าสังเกต S0-2 ตั้งแต่ปี 1995 ในปี 2000 เธอและทีมของเธอรายงานว่าเป็นครั้งแรกที่นักดาราศาสตร์ได้เห็นดาวฤกษ์เร่งรอบหลุมดำมวลมหาศาล การวิจัยของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าดาวสามดวงเร่งความเร็วได้มากกว่า 250,000 ไมล์ต่อชั่วโมงต่อปีขณะที่พวกเขาโคจรรอบหลุมดำ ความเร็วของ S0-102 และ S0-2 ควรเร่งมากกว่า 250,000 ไมล์ต่อชั่วโมงด้วยวิธีการที่ใกล้เคียงที่สุดของพวกเขา Ghez กล่าว
“ ความจริงที่ว่าเราสามารถพบดาวฤกษ์ที่อยู่ใกล้กับหลุมดำนั้นเป็นปรากฎการณ์ได้” Ghez กล่าว “ ตอนนี้มันเป็น ballgame ใหม่ทั้งหมดในแง่ของการทดลองประเภทต่าง ๆ ที่เราสามารถทำได้เพื่อทำความเข้าใจว่าหลุมดำเติบโตอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไปหลุมดำมวลยวดยิ่งมีบทบาทในใจกลางกาแลคซีและทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ หลุมดำที่ซึ่งทฤษฎีนี้ไม่เคยมีการทดสอบมาก่อน ตอนนี้มันน่าตื่นเต้นที่มีวิธีการเปิดหน้าต่างนี้”
การวิจัยทำโดยใช้กล้องโทรทรรศน์เคก บทความของทีมถูกตีพิมพ์ในวันที่ 5 ตุลาคมในวารสาร Science
ที่มา: UCLA
คำบรรยายภาพนำ: กล้องโทรทรรศน์ Keck I และ Keck II มุ่งเน้นไปที่ดาวสองดวงที่โคจรรอบหลุมดำของทางช้างเผือก เครดิตภาพพื้นหลัง: Dan Birchall / Subaru Telescope บน Mauna Kea, Hawaii ภาพซ้อนทับที่สร้างขึ้นโดยศาสตราจารย์ Andrea Ghez และทีมวิจัยของเธอที่ UCLA และมาจากชุดข้อมูลที่ได้รับจาก W. M. Keck Telescopes
