Untuk pertama kalinya, para penyelidik telah menyaksikan perlumbaan bintang melewati lubang hitam supermasif di jantung Bima Sakti, mengesahkan bahawa gerakannya menunjukkan kesan relativiti umum, seperti yang diramalkan oleh Albert Einstein.
Bintang-bintang Bima Sakti mengorbit lubang hitam raksasa yang disebut Sagittarius A *, yang umumnya sepi seperti yang dilihat dari Bumi, kecuali untuk merobek objek sesekali yang menjelajah terlalu dekat. Jisim lubang hitam 4 juta kali dari matahari, dan ia mempamerkan medan graviti terkuat galaksi kita, menjadikannya - dan sekelompok kecil bintang yang mengorbitnya pada kelajuan tinggi - tempat pembuktian yang sempurna untuk kesan ekstrem yang diramalkan oleh teori Einstein mengenai relativiti am.
Selama 26 tahun, para penyelidik telah memerhatikan pusat Bima Sakti menggunakan instrumen dari European Southern Observatory (ESO). "Pusat galaksi adalah makmal kami untuk menguji graviti," kata Odele Straub, ahli astrofizik di Observatorium Paris dan pengarang bersama kajian baru itu, pada sidang akhbar ESO pada 26 Julai. [Teori Relativiti Einstein Dijelaskan (Infografik)]
Ahli astronomi telah menggunakan pemerhatian inframerah baru dari instrumen GRAVITY, SINFONI dan NACO pada Teleskop Sangat Besar ESO di Chile untuk mengikuti bintang, yang dikenali sebagai S2, yang merupakan sebahagian daripada sekumpulan bintang yang bergerak pantas yang mengorbit lubang hitam supermasif, terletak 26.000 cahaya -tahun dari Bumi.
Pada bulan Mei 2018, ahli astronomi ini menyaksikan jalan masuk S2 sangat dekat dengan lubang hitam ini. Pada masa itu, S2 bergerak sangat cepat - 15.5 juta mph (25 juta km / j). Dengan membandingkan pengukuran kedudukan dan halaju yang diambil oleh GRAVITY dan SINFONI dan ukuran sebelumnya yang diambil dari S2, pasukan tersebut mendapati bahawa cahaya yang melengkung dari bintang itu sesuai dengan ramalan berdasarkan keterangan relativiti umum tentang bagaimana graviti membengkokkan ruang-waktu.
Pengukuran S2 jelas menunjukkan kesan yang dikenali sebagai pergeseran merah, kata pegawai ESO dalam satu kenyataan.
"Redshift memberitahu kita bagaimana graviti mempengaruhi foton ketika mereka melalui alam semesta," Andrea Mia Ghez, ahli astronomi dan profesor di Jabatan Fizik dan Astronomi di University of California, Los Angeles yang tidak terlibat dalam penyelidikan ini, kepada Space.com.
Medan graviti lubang hitam supermasif meregangkan cahaya meninggalkan S2, dan perubahan panjang gelombang cahaya dari S2 sejajar dengan apa yang diramalkan oleh teori Einstein, menurut pernyataan itu.
Pengukuran dan hasil baru tidak sesuai dengan apa yang akan diramalkan oleh teori graviti Newtonian yang lebih sederhana, kata para penyelidik pada sidang akhbar itu. Frank Eisenhauer, saintis kakitangan kanan di Max Plank Institute for Extraterrestrial Physics dan penyelidik utama untuk GRAVITY dan spektrograf SINFONI, menunjukkan grafik yang jelas yang menunjukkan perbezaan itu pada persidangan berita ESO - membaca "Einstein 1: 0 Newton" - menimbulkan sorakan dari penonton.
Ini adalah kali pertama penyimpangan dari teori graviti Newton telah dilihat pada bintang di sekitar lubang hitam supermasif, kata para penyelidik dalam kenyataan itu, walaupun ini adalah kali kedua mereka memerhatikan S2 di sekitar lubang hitam; mereka telah mengesan sistem lebih dari dua dekad. Kali terakhir berlalu, 16 tahun yang lalu, resolusi pengukuran tidak cukup baik untuk mengambil kesan relativiti.
Sebagai manusia di Bumi, kita jatuh, kita menjatuhkan barang dan kita tidak melayang dari planet ke angkasa; dari perspektif sehari-hari, kita memahami graviti dengan baik. Walau bagaimanapun, dari undang-undang fizik yang berbeza, "graviti adalah yang paling sedikit diuji, walaupun yang kita fahami dari kewujudan manusia adalah yang terbaik," kata Ghez. Penyelidikan baru ini membantu memantapkan pemahaman kita tentang graviti pada skala yang lebih besar.
"Mendapatkan undang-undang ini dengan betul sangat penting," kata Ghez. Walaupun anda tidak memilikinya dengan betul, atau anda bekerja dengan pemahaman graviti yang salah - walaupun dalam skala kecil - kesalahan tersebut mungkin terkumpul pada skala yang lebih besar, tambahnya.
Karya ini menunjukkan bagaimana graviti bertindak berhampiran lubang hitam supermasif, sehingga meningkatkan pemahaman saintis mengenai kekuatan dan kesannya, kata para penyelidik. "Di sini, dalam sistem suria, kita hanya dapat menguji undang-undang fizik sekarang dan dalam keadaan tertentu," kata Françoise Delplancke, ketua jabatan kejuruteraan sistem di ESO dan pengarang bersama kajian baru itu, dalam pernyataan itu. "Oleh itu, sangat penting dalam astronomi untuk memeriksa bahawa undang-undang itu masih berlaku di mana bidang graviti sangat kuat."
Ahli astronomi akan terus memerhatikan dan mengkaji S2 dan berharap dapat segera menunjukkan kesan relativiti umum pada putaran kecil orbit bintang ketika menjauh dari lubang hitam supermasif, kata para penyelidik.
Hasil penyelidikan baru itu diterbitkan dalam talian hari ini (26 Julai) dalam jurnal Astronomy & Astrophysics.
