Ερευνητές ελέγχουν βασικό στοιχείο της θεωρίας της βαρύτητας στο ισχυρότερο ως τώρα βαρυτικό πεδίο

Η τεράστια βαρυτική έλξη του Τοξότη Α* (προφέρεται «άλφα άστρο») – μιας μαύρης τρύπας γίγαντα στο κέντρο του Γαλαξία μας – την καθιστά ένα ιδεώδες αντικείμενο για να επαληθεύσει την εγκυρότητα των θεωριών της βαρύτητας, περιλαμβανομένης της γενικής θεωρίας της σχετικότητας (GR). Όμως μέχρι σήμερα, οι ερευνητές περιόριζαν τους ελέγχους τους για τη βαρύτητα σε μικρότερης μάζας αστρονομικά αντικείμενα, όπως ο Ήλιος ή οι λευκοί νάνοι. Τώρα η συνεργασία GRAVITY (GRAVITY Collaboration) εκτέλεσε έναν έλεγχο στη μαύρη τρύπα, χρησιμοποιώντας φως που εκπέμπεται από ένα άστρο που περιφέρεται γύρω από τον Τοξότη Α*.

Οι επιστήμονες έχουν επανειλημμένα επαληθεύσει προβλέψεις της γενικής σχετικότητας της βαρύτητας. Όμως η θεωρία αφήνει ανεξήγητες ορισμένες ιδιορρυθμίες του σύμπαντος – για παράδειγμα, ότι η ορατή μάζα και ενέργεια του σύμπαντος είναι ανεπαρκείς για να εξηγήσουν την παρατηρούμενη επιταχυνόμενη διαστολή του. Βρίσκοντας παραβιάσεις για τις αρχές που υποστηρίζουν τη γενική σχετικότητα θα μπορούσε να οδηγήσει σε λύσεις για αυτές τις ιδιορρυθμίες.

Η συνεργασία GRAVITY έλεγξε μια τέτοια αρχή – γνωστή ως τοπικό αναλλοίωτο θέσης (local position invariance ή LPI), η οποία δηλώνει ότι τα αποτελέσματα των μη βαρυτικών μετρήσεων ενός αντικειμένου θα πρέπει να είναι τα ίδια ανεξάρτητα το που στον χωρόχρονο διεξήχθησαν. Στον έλεγχό τους, τα μέλη της ομάδας παρακολούθησαν το φως που εκπέμπεται από άτομα υδρογόνου και ηλίου από ένα άστρο, που χαρακτηρίζεται ως S2, καθώς αυτό περιφέρονταν γύρω από τον Τοξότη Α*. Λόγω της βαρυτικής μετατόπισης στο ερυθρό, η φαινόμενη συχνότητα του φωτός άλλαζε καθώς πλησίαζε τη μαύρη τρύπα, φτάνοντας τη πιο μεγάλη τιμή της μετατόπισης όταν το άστρο έκανε την πλησιέστερη προσέγγισή του. Σύμφωνα με το LPI, αυτή η αλλαγή συχνότητας θα πρέπει να είναι η ίδια για το φως και από τα δύο άτομα. Στο πλαίσιο των πειραματικών λαθών, βρήκαν ότι ήταν πράγματι η περίπτωση.

Οι παρατηρήσεις της ομάδας παρέχουν έναν οδικό χάρτη για μελλοντικούς ελέγχους με τα τηλεσκόπια της επόμενης γενιάς, όπως το Εξαιρετικά Μεγάλο Τηλεσκόπιο (ELT), το οποίο θα μπορούσε να παρακολουθήσει τα αδύναμα άστρα που περιφέρονται στις μαύρες τρύπες σε μακρινούς γαλαξίες. Το ELT αναμένεται να είναι ένα εκατομμύριο φορές περισσότερο ευαίσθητο από τις σημερινές εγκαταστάσεις, δυνητικά επιτρέποντας τους ερευνητές να εντοπίζουν πολύ μικρές παραβιάσεις του LPI και άλλων θεμελιωδών αρχών της GR.

Πηγή: American Physical Society

Περισσότερα στη δημοσίευση: Test of the Einstein Equivalence Principle near the Galactic Center Supermassive Black Hole. Physical Review Letters.