Pada tahun 1915, Albert Einstein menerbitkan Teori Relativiti Umumnya yang terkenal, yang memberikan penerangan mengenai graviti yang disatukan sebagai sifat geometri ruang dan masa. Teori ini menimbulkan teori graviti moden dan merevolusikan pemahaman kita mengenai fizik. Walaupun satu abad telah berlalu sejak itu, para saintis masih melakukan eksperimen yang mengesahkan ramalan teorinya.
Berkat pemerhatian baru-baru ini yang dibuat oleh pasukan astronomi antarabangsa (dikenali sebagai kolaborasi GRAVITY), kesan Relativiti Umum telah dinyatakan dengan menggunakan Supermassive Black Hole (SMBH) untuk pertama kalinya. Penemuan ini merupakan kemuncak kempen pemerhatian SMBH selama 26 tahun di pusat Bima Sakti (Sagittarius A *) dengan menggunakan instrumen European Southern Observatory (ESO).
Kajian yang menerangkan penemuan pasukan baru-baru ini muncul dalam jurnal Astronomi dan Astrofizik, bertajuk "Pengesanan pergeseran merah graviti di orbit bintang S2 berhampiran lubang hitam besar Galactic center". Kajian ini diketuai oleh Roberto Arbuto dari ESO dan termasuk anggota dari kerjasama GRAVITY - yang diketuai oleh Reinhard Genzel dari Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE) dan merangkumi ahli astronomi dari pelbagai universiti dan institusi penyelidikan Eropah.
Demi kajian mereka, pasukan bergantung pada data yang dikumpulkan oleh instrumen VLT yang sangat sensitif dan berketepatan tinggi. Ini termasuk instrumen astronomi dan interferometri GRAVITY, Spectrograph for INtegral Field Observations in the Near Infrared (SINFONI) instrumen, dan Nasmyth Adaptive Optics System (NAOS) - Near-Infrared Imager and Spectrograph (CONICA), yang bersama-sama dikenal sebagai NACO.
Pemerhatian inframerah baru yang dikumpulkan oleh instrumen ini membolehkan pasukan memantau salah satu bintang (S2) yang mengorbit Sagittarius A * ketika melintas di depan lubang hitam - yang berlaku pada bulan Mei 2018. Pada titik terdekat di orbitnya , bintang itu berada pada jarak kurang dari 20 miliar km (12,4 miliar mi) dari lubang hitam dan bergerak dengan kecepatan lebih dari 25 juta km / j (15 juta mph) - hampir tiga persen dari kecepatan cahaya .
Manakala instrumen SINFONI digunakan untuk mengukur kecepatan S2 menuju dan jauh dari Bumi, instrumen GRAVITY dalam VLT Interferometer (VLTI) membuat pengukuran yang sangat tepat mengenai perubahan kedudukan S2 untuk menentukan bentuk orbitnya. Instrumen GRAVITY kemudian membuat gambar tajam yang mengungkapkan pergerakan bintang ketika melintas dekat dengan lubang hitam.
Pasukan itu kemudian membandingkan pengukuran kedudukan dan halaju dengan pemerhatian sebelumnya S2 menggunakan instrumen lain. Mereka kemudian membandingkan hasil ini dengan ramalan yang dibuat oleh Newton's Law of Universal Gravitation, General Relativity, dan teori graviti lain. Seperti yang dijangkakan, hasil baru itu sesuai dengan ramalan yang dibuat oleh Einstein lebih dari satu abad yang lalu.
Seperti yang dijelaskan oleh Reinhard Genzel, yang selain menjadi pemimpin kolaborasi GRAVITY, pengarang bersama di atas kertas tersebut, dalam siaran akhbar ESO baru-baru ini:
"Ini adalah kali kedua kita melihat jalan dekat S2 di sekitar lubang hitam di pusat galaksi kita. Tetapi kali ini, kerana instrumentasi yang jauh lebih baik, kami dapat melihat bintang dengan resolusi yang belum pernah terjadi sebelumnya. Kami telah bersiap-siap untuk acara ini selama beberapa tahun, kerana kami ingin memanfaatkan peluang unik ini untuk melihat kesan relativistik umum. "
Ketika diperhatikan dengan instrumen baru VLT, tim mencatat kesan yang disebut gravitasi redshift, di mana cahaya yang datang dari S2 berubah warna ketika mendekat ke lubang hitam. Ini disebabkan oleh medan graviti lubang hitam yang sangat kuat, yang membentang panjang gelombang cahaya bintang, menyebabkannya beralih ke arah hujung spektrum merah.
Perubahan panjang gelombang cahaya dari S2 sesuai dengan apa yang diramalkan oleh persamaan medan Einstein. Sebagai Frank Eisenhauer - seorang penyelidik dari Max Planck Institute of Extraterrestrial Physics, Penyelidik Utama GRAVITY dan spektrograf SINFONI, dan pengarang bersama kajian ini - menunjukkan:
“Pemerhatian pertama kami terhadap S2 dengan GRAVITY, kira-kira dua tahun yang lalu, telah menunjukkan bahawa kami akan mempunyai makmal lubang hitam yang ideal. Semasa laluan dekat, kita bahkan dapat mengesan cahaya samar di sekitar lubang hitam pada sebahagian besar gambar, yang membolehkan kita mengikuti bintang dengan tepat di orbitnya, akhirnya membawa kepada pengesanan pergeseran merah graviti dalam spektrum S2.”
Walaupun ujian lain telah dilakukan yang telah mengesahkan ramalan Einstein, ini adalah pertama kalinya kesan Relativiti Umum diperhatikan dalam pergerakan bintang di sekitar lubang hitam supermasif. Dalam hal ini, Einstein telah terbukti sekali lagi, menggunakan satu makmal paling ekstrem hingga kini! Terlebih lagi, ia mengesahkan bahawa ujian yang melibatkan kesan relativistik dapat memberikan hasil yang konsisten dari masa ke masa.
"Di sini, di Sistem Suria kita hanya dapat menguji hukum fisika sekarang dan dalam keadaan tertentu," kata Françoise Delplancke, ketua Jabatan Kejuruteraan Sistem di ESO. "Oleh itu, sangat penting dalam astronomi untuk memeriksa bahawa undang-undang itu masih berlaku di mana bidang graviti sangat kuat."
Dalam masa terdekat, ujian relativistik lain akan dapat dilakukan kerana S2 menjauh dari lubang hitam. Ini dikenali sebagai prasyarat Schwarzschild, di mana bintang itu diharapkan mengalami putaran kecil di orbitnya. Kolaborasi GRAVITY akan memantau S2 untuk melihat kesan ini juga, sekali lagi bergantung pada instrumen VLT yang sangat tepat dan sensitif.
Seperti yang ditunjukkan oleh Xavier Barcons (Ketua Pengarah ESO), pencapaian ini dapat dicapai berkat semangat kerjasama antarabangsa yang diwakili oleh kolaborasi GRAVITY dan instrumen yang mereka bantu ESO bangunkan:
"ESO telah bekerjasama dengan Reinhard Genzel dan pasukannya serta kolaborator di Negara Anggota ESO selama lebih dari seperempat abad. Ini adalah cabaran besar untuk mengembangkan instrumen unik yang sangat kuat yang diperlukan untuk membuat pengukuran yang sangat halus ini dan menerapkannya di VLT di Paranal. Penemuan yang diumumkan hari ini adalah hasil perkongsian yang luar biasa. "
Dan pastikan untuk melihat video ujian GRAVITY Collaboration yang berjaya ini, berdasarkan ESO:
