نظریه نسبیت عام از آزمونی دیگر سربلند بیرون آمد

بیش از صد سال از ارائه‌ی نظریه‌ نسبیت عام می‌گذرد. آلبرت اینشتین با این نظریه تحولی بزرگ را در علم فیزیک ایجاد کرد. از آن زمان تا کنون دانشمندان بسیاری تلاش کرده‌اند تا پیش‌بینی‌های نظریه نسبیت عام را راستی‌آزمایی کنند. از خورشیدگرفتگی سال ۱۹۱۹ در آفریقا تا کشف امواج گرانشی در سال‌های اخیر همگی منطبق بر پیش‌بینی‌های اینشتین بوده‌اند. به تازگی این نظریه از آزمونی دیگر نیز سربلند بیرون آمد.

دانشمندان این بار به سراغ ابرسیاهچاله‌ مرکز راه شیری رفتند و رفتار ستاره‌هایی را که در فاصله‌ی بسیار کمی از آن قرار دارند زیر نظر گرفتند. پیش از این پیش‌بینی‌های نظریه‌ نسبیت عام در میدان‌هایی با گرانش نسبتا کم آزموده شده بود. اما گمان می‌شد شاید در میدان‌های گرانشی بسیار قوی، همانند اطراف ابرسیاهچاله‌های مرکز کهکشان‌ها، شرایط با پیش‌بینی‌های نظریه نسبیت عام همخوانی نداشته باشد.

در پژوهشی که به تازگی انجام شده اخترشناسان ابرسیاهچاله‌ مرکز کهکشان راه شیری و محیط اطراف آن را زیر نظر گرفتند. سیاهچاله‌ای با جرمی در حدود چهار میلیون برابر جرم خورشید که به *Sgr A معروف است. تعداد زیادی ستاره در فاصله‌ی نزدیکی از این سیاهچاه جای دارند و به دور آن می‌چرخند که یکی از این ستاره‌ها سوژه‌ی اصلی این پژوهش بود.

مدار تعدادی از ستاره‌هایی که به دور ابرسیاهچاله مرکزی راه شیری می‌گردند.
Credit: Keck/UCLA Galactic Center Group

دانشمندان در این پژوهش رفتار ستاره S0-2 را به دقت زیر نظر گرفتند. این ستاره در سال ۲۰۱۸ در مدار ۱۶ ساله‌اش به نزدیک‌ترین فاصله‌اش از ابرسیاهچاله‌ی *Sgr A رسید. این ستاره در آن زمان تنها ۱۲۰ واحد نجومی (هر واحد نجومی معادل فاصله‌ی زمین از خورشید و برابر با ۱۵۰ میلیون کیلومتر است) از این سیاهچاله فاصله داشت. S0-2 در این نقطه از مدار با سرعتی معادل ۲/۷ درصد سرعت نور در حال حرکت بود.

اخترشناسان برای بررسی این ستاره از رصدخانه‌های سوبارو، جمینی و کک استفاده کردند و توانستند مدار کامل S0-2 را دنبال کنند. آن‌ها همچنین داده‌های اخیر را با رصدهایی که در ۲۴ سال اخیر انجام شده بود ترکیب کردند تا به درک بهتری از مدار این ستاره به دور ابرسیاهچاله مرکز کهکشان راه شیری دست پیدا کنند.

هدف از این پژوهش بررسی یکی از پیش‌بینی‌های نظریه نسبیت عام با عنوان انتقال به سرخ گرانشی بود. بر اساس این پدیده نور در هنگام حرکت به سمت میدان گرانشی به سمت آبی طیف متمایل می‌شود و در هنگام خروج از میدان گرانشی به سمت قرمز طیف انتقال می‌یابد. پدیده‌ای که مشابه تغییر صدای آمبولانس در زمان دور و نزدیک شدن به فرد ناظر است.

رصدها نشان داد طیف ستاره‌ S0-2 و انتقال به سرخ آن با پیش‌بینی‌های نظریه نسبیت عام همخوانی دارد. جالب این جاست که در زمان ارائه نظریه نسبیت عام ما از وجود سیاهچاله‌ها بی‌اطلاع بودیم و اکنون می‌بینیم که این نظریه به خوبی می‌تواند پدیده‌های مربوط به این اجرام مرموز و عجیب را هم به درستی پیش‌بینی کند.

این اولین گام دانشمندان برای بررسی ستاره‌های نزدیک به ابرسیاهچاله‌ی *Sgr A است و این برنامه‌ی رصدی ادامه خواهد داشت. این رصدها در نهایت منجر به تست‌های بیشتر و مهم‌تری از نظریه نسبیت عام و همچنین دیگر تئوری‌های مربوط به گرانش خواهد شد.

عکس کاور: طرحی گرافیکی از ستاره‌های اطراف ابرسیاهچاله مرکزی راه شیری.

Credit: Nicolle R. Fuller/National Science Foundation