ในปี 1915 อัลเบิร์ตไอน์สไตน์ได้ตีพิมพ์ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปที่มีชื่อเสียงของเขาซึ่งให้คำอธิบายที่เป็นเอกภาพของแรงโน้มถ่วงเป็นสมบัติเชิงเรขาคณิตของอวกาศและเวลา ทฤษฎีนี้ก่อให้เกิดทฤษฎีความโน้มถ่วงที่ทันสมัยและปฏิวัติความเข้าใจด้านฟิสิกส์ของเรา แม้ว่าหนึ่งศตวรรษผ่านไปแล้วนักวิทยาศาสตร์ยังคงทำการทดลองที่ยืนยันการคาดการณ์ของทฤษฎีของเขา
ด้วยการสังเกตการณ์ล่าสุดโดยทีมนักดาราศาสตร์ระหว่างประเทศ (รู้จักกันในชื่อการทำงานร่วมกันของ GRAVITY) ผลของสัมพัทธภาพทั่วไปได้รับการเปิดเผยโดยใช้หลุมดำมวลมหาศาล (SMBH) เป็นครั้งแรก การค้นพบเหล่านี้เป็นสุดยอดของการรณรงค์ SMBH 26 ปีที่ศูนย์กลางของทางช้างเผือก (ราศีธนู A *) โดยใช้เครื่องมือของหอดูดาวยุโรปใต้ (ESO)
การศึกษาที่อธิบายการค้นพบของทีมเมื่อไม่นานมานี้ปรากฏในวารสาร ดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์หัวข้อ“ การตรวจจับการเคลื่อนตัวของแรงโน้มถ่วงในวงโคจรของดาว S2 ใกล้กับหลุมดำขนาดใหญ่ใจกลางกาแลคซี” การศึกษานำโดย Roberto Arbuto ของ ESO และรวมถึงสมาชิกจากการทำงานร่วมกันของ GRAVITY ซึ่งนำโดย Reinhard Genzel จาก Max Planck Institute สำหรับฟิสิกส์นอกโลก (MPE) และรวมถึงนักดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยในยุโรปหลายแห่งและสถาบันวิจัย
เพื่อการศึกษาของพวกเขาทีมพึ่งพาข้อมูลที่รวบรวมโดยเครื่องมือที่ไวและแม่นยำสูงของ VLT สิ่งเหล่านี้รวมถึงเครื่องมือ GRAVITY astrometric และ interferometry เครื่องมือ Spectrograph สำหรับการสังเกตการณ์ในสนามแม่เหล็กอินฟาเรดใกล้กับอุปกรณ์ (SINFONI) และ Nasmyth Adaptive Optics System (NAOS) - Near-Infrared Imager และ Spectrograph (CONICA) ซึ่งรู้จักกันในชื่อ NACO
การสำรวจอินฟราเรดใหม่ที่รวบรวมโดยเครื่องมือเหล่านี้ทำให้ทีมสามารถตรวจสอบหนึ่งในดาว (S2) ที่โคจรรอบราศีธนู A * เมื่อมันผ่านหน้าหลุมดำซึ่งเกิดขึ้นในเดือนพฤษภาคมปี 2561 ที่จุดที่ใกล้ที่สุดในวงโคจรของมัน ดาวนั้นอยู่ห่างจากหลุมดำน้อยกว่า 20 พันล้านกิโลเมตร (12.4 พันล้านไมล์) และเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเกินกว่า 25 ล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง (15 ล้านไมล์ต่อชั่วโมง) - เกือบสามเปอร์เซ็นต์ของความเร็วแสง .
ในขณะที่เครื่องมือ SINFONI ถูกใช้เพื่อวัดความเร็วของ S2 ไปและอยู่ห่างจากโลกเครื่องมือ GRAVITY ใน VLT Interferometer (VLTI) ทำให้การตรวจวัดตำแหน่งการเปลี่ยนแปลงที่แม่นยำเป็นพิเศษของ S2 เพื่อกำหนดรูปร่างของวงโคจรของมัน เครื่องมือ GRAVITY จากนั้นสร้างภาพที่คมชัดซึ่งเผยให้เห็นการเคลื่อนที่ของดาวเมื่อมันผ่านเข้าใกล้หลุมดำ
จากนั้นทีมจะเปรียบเทียบตำแหน่งและการวัดความเร็วกับการสำรวจ S2 ก่อนหน้าโดยใช้เครื่องมืออื่น จากนั้นเปรียบเทียบผลลัพธ์เหล่านี้กับการคาดการณ์ของกฎแรงโน้มถ่วงสากลของนิวตันสัมพัทธภาพทั่วไปและทฤษฎีแรงโน้มถ่วงอื่น ๆ ตามที่คาดไว้ผลลัพธ์ใหม่นั้นสอดคล้องกับการคาดการณ์ของ Einstein เมื่อกว่าศตวรรษที่แล้ว
ในฐานะ Reinhard Genzel ซึ่งนอกเหนือจากการเป็นผู้นำของการทำงานร่วมกันของ GRAVITY ยังเป็นผู้ร่วมเขียนบทความนี้ในการแถลงข่าวล่าสุดของ ESO:
“ นี่เป็นครั้งที่สองที่เราได้สังเกตเห็นเส้นทางที่ใกล้ชิดของ S2 รอบ ๆ หลุมดำในใจกลางกาแลคซีของเรา แต่คราวนี้เนื่องจากเครื่องมือวัดที่ดีขึ้นมากเราจึงสามารถสังเกตดาวด้วยความละเอียดที่ไม่เคยมีมาก่อน เราได้เตรียมการอย่างเข้มข้นสำหรับเหตุการณ์นี้ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาเนื่องจากเราต้องการใช้ประโยชน์สูงสุดจากโอกาสพิเศษนี้ในการสังเกตผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพทั่วไป "
เมื่อสังเกตด้วยเครื่องมือใหม่ของ VLT ทีมสังเกตผลกระทบที่เรียกว่าแรงโน้มถ่วง redshift ซึ่งแสงที่มาจาก S2 เปลี่ยนสีเมื่อมันเข้าใกล้หลุมดำมากขึ้น สิ่งนี้เกิดจากสนามแรงโน้มถ่วงที่แข็งแกร่งมากของหลุมดำซึ่งทอดตัวความยาวคลื่นของแสงของดาวฤกษ์ทำให้มันเปลี่ยนไปทางปลายแดงของสเปกตรัม
การเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่นของแสงจาก S2 เห็นด้วยอย่างแม่นยำกับสิ่งที่สมการของสนามไอน์สไตน์ทำนายไว้ ในฐานะที่เป็น Frank Eisenhauer - นักวิจัยจาก Max Planck Institute of Extraterrestrial Physics ผู้ตรวจสอบหลักของ GRAVITY และ SINFONI spectrograph และผู้เขียนร่วมในการศึกษาระบุ:
“การสังเกตการณ์ครั้งแรกของ S2 กับ GRAVITY เมื่อประมาณสองปีที่แล้วแสดงให้เห็นว่าเราจะมีห้องปฏิบัติการหลุมดำในอุดมคติ. ในช่วงระยะใกล้เราสามารถตรวจจับแสงสลัว ๆ รอบ ๆ หลุมดำในภาพส่วนใหญ่ซึ่งทำให้เราสามารถติดตามดาวฤกษ์บนวงโคจรของมันได้อย่างแม่นยำในที่สุดนำไปสู่การตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของแรงโน้มถ่วงในสเปกตรัมของ S2”
ในขณะที่การทดสอบอื่น ๆ ได้รับการยืนยันแล้วว่าเป็นคำทำนายของไอน์สไตน์นี่เป็นครั้งแรกที่ผลของสัมพัทธภาพทั่วไปถูกสังเกตในการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์รอบ ๆ หลุมดำมวลมหาศาล ในแง่นี้ไอน์สไตน์ได้รับการพิสูจน์อีกครั้งโดยใช้ห้องปฏิบัติการที่มีความทันสมัยที่สุดจนถึงปัจจุบัน! ยิ่งไปกว่านั้นเป็นการยืนยันว่าการทดสอบที่เกี่ยวข้องกับผลกระทบเชิงสัมพันธ์สามารถให้ผลลัพธ์ที่สอดคล้องตลอดเวลาและพื้นที่
“ ที่นี่ในระบบสุริยะเราสามารถทดสอบกฎหมายของฟิสิกส์ในขณะนี้และภายใต้สถานการณ์บางอย่างเท่านั้น” Françoise Delplancke หัวหน้าภาควิชาวิศวกรรมระบบของ ESO กล่าว “ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญมากในทางดาราศาสตร์ที่จะตรวจสอบว่ากฎเหล่านั้นยังคงมีผลบังคับใช้เมื่อสนามแรงโน้มถ่วงแข็งแกร่งขึ้นมาก”
ในอนาคตอันใกล้การทดสอบความสัมพันธ์อื่น ๆ จะเกิดขึ้นได้เมื่อ S2 เคลื่อนที่ออกจากหลุมดำ เรื่องนี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อ Schwarzschild precession ซึ่งคาดว่าดาวดวงนี้จะมีประสบการณ์การหมุนรอบวงโคจรเล็กน้อย การทำงานร่วมกันของ GRAVITY จะตรวจสอบ S2 เพื่อสังเกตผลกระทบนี้เช่นกันโดยอาศัยเครื่องมือที่แม่นยำและละเอียดอ่อนของ VLT อีกครั้ง
ดังที่ซาเวียร์บาร์คอน (อธิบดีของ ESO) ได้กล่าวไว้ความสำเร็จนี้เกิดขึ้นได้เพราะวิญญาณของความร่วมมือระหว่างประเทศที่แสดงโดยการทำงานร่วมกันของ GRAVITY และเครื่องมือที่พวกเขาช่วย ESO พัฒนาขึ้น
“ ESO ทำงานร่วมกับ Reinhard Genzel และทีมงานและผู้ทำงานร่วมกันในประเทศสมาชิก ESO มานานกว่าหนึ่งในสี่ของศตวรรษ มันเป็นความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ในการพัฒนาเครื่องมือที่ทรงพลังที่ไม่เหมือนใครซึ่งจำเป็นในการทำการวัดที่ละเอียดอ่อนเหล่านี้และนำไปใช้กับ VLT ใน Paranal การค้นพบที่ประกาศในวันนี้เป็นผลที่น่าตื่นเต้นอย่างมากจากการเป็นหุ้นส่วนที่น่าทึ่ง”
และอย่าลืมดูวิดีโอการทดสอบความสำเร็จของ GRAVITY Collaboration ซึ่งได้รับความอนุเคราะห์จาก ESO:
