Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các quan sát được thực hiện với Kính thiên văn rất lớn (VLT) của ESO đã lần đầu tiên tiết lộ rằng một ngôi sao quay quanh lỗ đen siêu lớn ở trung tâm dải Ngân hà di chuyển đúng như dự đoán của thuyết tương đối rộng của Einstein. Quỹ đạo của nó có hình dạng như một hoa hồng và không giống như hình elip như dự đoán của thuyết hấp dẫn của Newton. Kết quả được tìm kiếm lâu dài này đã được thực hiện bằng các phép đo ngày càng chính xác trong gần 30 năm.
Các quan sát được thực hiện với Kính thiên văn rất lớn (VLT) của ESO đã lần đầu tiên tiết lộ rằng một ngôi sao quay quanh lỗ đen siêu lớn ở trung tâm dải Ngân hà di chuyển đúng như dự đoán của thuyết tương đối rộng của Einstein. Quỹ đạo của nó có hình dạng như một hoa hồng và không giống như hình elip như dự đoán của thuyết hấp dẫn của Newton. Kết quả được tìm kiếm lâu dài này đã được thực hiện bằng các phép đo ngày càng chính xác trong gần 30 năm, điều này đã cho phép các nhà khoa học mở khóa những bí ẩn của những “người” khổng lồ ẩn giấu trong trái tim của thiên hà chúng ta.
“Thuyết tương đối rộng của Einstein dự đoán rằng các quỹ đạo bị ràng buộc của một vật thể xung quanh một vật thể khác không bị đóng lại, như trong Trọng lực Newton, nhưng trước tiên là trong mặt phẳng chuyển động. Hiệu ứng nổi tiếng này – lần đầu tiên được nhìn thấy trong quỹ đạo của hành tinh Sao Thủy quanh Mặt trời – Một trăm năm sau chúng ta đã phát hiện ra hiệu ứng tương tự trong chuyển động của một ngôi sao quay quanh nguồn vô tuyến nhỏ gọn Sagittarius A * ở trung tâm Dải Ngân hà. Bước đột phá quan sát này củng cố bằng chứng rằng Nhân Mã A * phải là một hố đen siêu lớn gấp 4 triệu lần khối lượng Mặt trời “, Reinhard Genzel, Giám đốc Viện Vật lý ngoài Trái đất (MPE) ở Garched, Đức và kiến trúc sư của 30 năm chia sẻ trong chương trình dẫn đến kết quả này.
Nằm cách Mặt trời 26.000 năm ánh sáng, Sagittarius A * và cụm sao dày đặc xung quanh nó cung cấp một không gian thí nghiệm duy nhất để thử nghiệm vật lý trong một chế độ hấp dẫn và chưa được khám phá. Một trong những ngôi sao này, S2, quét về phía lỗ đen siêu lớn tới khoảng cách gần nhất dưới 20 tỷ km (khoảng cách một trăm hai mươi lần giữa Mặt trời và Trái đất), khiến nó trở thành một trong những ngôi sao gần nhất từng được tìm thấy trên quỹ đạo xung quanh “người” khổng lồ đồ sộ. Ở cách tiếp cận gần nhất với lỗ đen, S2 đang bay trong không gian với tốc độ gần bằng 300% tốc độ ánh sáng, hoàn thành một quỹ đạo cứ sau 16 năm. “Sau khi theo dõi ngôi sao trên quỹ đạo của nó trong hơn hai thập kỷ rưỡi, các phép đo tinh tế của chúng tôi mạnh mẽ phát hiện ra suy đoán Schwarzschild của S2 trên con đường xung quanh Sagittarius A *,” theo ông Stefan Gillessen của MPE, người dẫn đầu phân tích các phép đo được công bố hôm nay trong tạp chí Thiên văn học & Vật lý thiên văn (Astronomy & Astrophysics).
Hầu hết các ngôi sao và hành tinh đều có quỹ đạo không tròn và do đó di chuyển đến gần và xa hơn khỏi vật thể mà chúng đang quay xung quanh. Các quỹ đạo của S2, có nghĩa là vị trí của điểm gần nhất của nó với lỗ đen siêu lớn thay đổi theo mỗi lượt, sao cho quỹ đạo tiếp theo được xoay liên quan đến điểm trước đó, tạo ra hình dạng hoa hồng. Thuyết tương đối rộng cung cấp một dự đoán chính xác về mức độ thay đổi quỹ đạo của nó và các phép đo mới nhất từ nghiên cứu này hoàn toàn khớp với lý thuyết. Hiệu ứng này được gọi là suy đoán Schwarzschild, trước đây chưa từng được đo cho một ngôi sao xung quanh một lỗ đen siêu lớn.
Nghiên cứu với VLT của ESO cũng giúp các nhà khoa học tìm hiểu thêm về vùng lân cận của lỗ đen siêu lớn ở trung tâm thiên hà của chúng ta. “Vì các phép đo S2 tuân theo Thuyết tương đối rộng rất tốt, chúng tôi có thể đặt ra các giới hạn nghiêm ngặt về mức độ vật chất vô hình, như vật chất tối phân tán hoặc các lỗ đen nhỏ hơn có thể có mặt xung quanh Sagittarius A *. Đây là điều rất đáng quan tâm để hiểu về sự hình thành và sự tiến hóa của các hố đen siêu lớn, “Guy Perrin và Karine Perraut, các nhà khoa học hàng đầu của Pháp về dự án chia sẻ.
Kết quả này là đỉnh điểm của 27 năm quan sát ngôi sao S2, sử dụng trong phần tốt nhất của thời gian này, một đội công cụ tại VLT của ESO, nằm ở sa mạc Atacama ở Chile. Số lượng điểm dữ liệu đánh dấu vị trí và vận tốc của ngôi sao chứng minh tính kỹ lưỡng và chính xác của nghiên cứu mới: nhóm thực hiện tổng cộng hơn 330 phép đo, sử dụng các công cụ GRAVITY, SINFONI và NACO. Bởi vì S2 phải mất nhiều năm để quay quanh hố đen siêu lớn, điều quan trọng là phải theo dõi ngôi sao trong gần ba thập kỷ để làm sáng tỏ những rắc rối của chuyển động quỹ đạo của nó.
Nghiên cứu được thực hiện bởi một nhóm quốc tế do Frank Eisenhauer của MPE dẫn đầu với các cộng tác viên từ Pháp, Bồ Đào Nha, Đức và ESO. Nhóm nghiên cứu tạo nên sự hợp tác GRAVITY được đặt tên theo thiết bị mà họ đã phát triển cho Giao thoa kế VLT, kết hợp ánh sáng của cả bốn kính viễn vọng VLT 8 mét vào một kính viễn vọng siêu lớn (với độ phân giải tương đương với kính viễn vọng có đường kính 130 mét ). [Cùng một nhóm đã báo cáo vào năm 2018] – một hiệu ứng khác được dự đoán bởi Thuyết tương đối rộng: họ thấy ánh sáng nhận được từ S2 bị kéo dài đến bước sóng dài hơn khi ngôi sao đi sát Sagittarius A *.
Paulo Garcia nói thêm: “Kết quả trước đây của chúng tôi đã chỉ ra rằng ánh sáng phát ra từ ngôi sao trải nghiệm Thuyết tương đối rộng. Bây giờ chúng tôi đã chứng minh rằng chính ngôi sao cảm nhận được tác động của Thuyết tương đối rộng”.
Với Kính viễn vọng cực lớn sắp tới của ESO, nhóm nghiên cứu tin rằng họ sẽ có thể nhìn thấy nhiều ngôi sao mờ hơn quay quanh thậm chí gần hơn với lỗ đen siêu lớn. Andreas Eckart từ Đại học Cologne, một nhà khoa học hàng đầu của dự án cho biết: “Nếu chúng ta may mắn, chúng ta có thể chụp những ngôi sao đủ gần để chúng thực sự cảm nhận được sự quay, quay, của lỗ đen”. Điều này có nghĩa là các nhà thiên văn học sẽ có thể đo hai đại lượng, quay và khối lượng, đặc trưng cho Nhân Mã A * và xác định không gian và thời gian xung quanh nó. “Đó sẽ lại là một mức độ tương đối thử nghiệm hoàn toàn khác”.
Xem thêm các video trực quan bên dưới:
ESOcast 219 Light: Star Dance Xung quanh hố đen siêu lớn
Hoạt hình của họa sĩ về hiệu ứng suy đoán của S2
Phóng to trung tâm của dải ngân hà
Ngôi sao S2 tiến gần đến lỗ đen ở trung tâm dải Ngân hà
Cuộc phỏng vấn với Reinhard Genzel (bằng tiếng Anh)
Ấn tượng của một nghệ sĩ khác về hiệu ứng suy đoán của S2
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi ESO . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :