Der erste erfolgreiche Test der allgemeinen Relativitätstheorie in der Nähe eines supermassiven Schwarzen Lochs

Der erste erfolgreiche Test der allgemeinen Relativitätstheorie in der Nähe eines supermassiven Schwarzen Lochs

Beobachtungen im Very Large Telescope zeigten zunächst die von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagten Auswirkungen auf die Bewegung eines Sterns in der Nähe eines supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße. Dies ist der Höhepunkt einer 26-jährigen Teleskop-Vermessungskampagne in Chile.

Das nächste supermassereiche Schwarze Loch ist in dicke Staubwolken geladen und 26000 Lichtjahre von uns entfernt. Dies ist ein Gravitationsmonster, das die Sonnenmasse 4 Millionen Mal überschreitet. Umgeben von einer kleinen Sterngruppe, die sich mit hoher Geschwindigkeit um das Loch dreht. Dies ist das stärkste Gravitationsfeld in unserer Galaxie und spielt die Rolle eines idealen Ortes, um die Gravitationsphysik zu studieren und die allgemeine Relativitätstheorie zu testen.

Der erste erfolgreiche Test der allgemeinen Relativitätstheorie in der Nähe eines supermassiven Schwarzen Lochs

Das künstlerische Sehen spiegelt den Weg eines Sterns wider. S2 mit einer engen Annäherung an ein supermassives Schwarzes Loch in der Mitte der Milchstraße. Bei Annäherung an das starke Gravitationsfeld ändert sich die Farbe des Sterns leicht in Rot, was eine Konsequenz der allgemeinen Relativitätstheorie ist.

Neue IR-Untersuchungen von empfindlichen GRAVITY-, SINFONI- und NACO-Instrumenten mit dem Very Large Telescope ermöglichten es uns, einem der Sterne namens S2 zu folgen, als er sich im Mai 2018 dem Schwarzen Loch näherte. Der nächste Annäherungspunkt erreichte bei einer Geschwindigkeit von mehr als 25 Millionen km / h weniger als 20 Milliarden km (fast 3% der Lichtgeschwindigkeit).

Das Team verglich die Positions- und Geschwindigkeitsmessungen von GRAVITY und SINFONI mit der vorherigen Überwachung von S2 mit anderen Tools. Wir haben auch die Vorhersagen der Newtonschen Gravitation, die allgemeine Relativitätstheorie und andere Gravitationstheorien einbezogen. Neue Ergebnisse stimmen nicht mit Newtons Vorhersagen überein und stimmen perfekt mit Einsteins Positionen überein.

Der erste erfolgreiche Test der allgemeinen Relativitätstheorie in der Nähe eines supermassiven Schwarzen Lochs

Das Diagramm zeigt die Bewegung eines Sterns S2 um ein supermassereiches Schwarzes Loch in der Mitte der Milchstraße. Bestehend aus Beobachtungen mit Teleskopen und ESO-Instrumenten seit 25 Jahren. Ein Stern absolviert 16 Jahre lang einen Orbitalflug und kam im Mai 2018 einem Schwarzen Loch nahe.

Diese äußerst genauen Messungen werden von einem internationalen Wissenschaftlerteam unter der Leitung des Max-Planck-Instituts durchgeführt. Zum zweiten Mal gelang es den Wissenschaftlern, den engen Durchgang von S2 zum Schwarzen Loch im galaktischen Zentrum zu beobachten. Diesmal verwendeten sie jedoch deutlich verbesserte Hardware.

Neue Messungen zeigen deutlich den Effekt der Gravitationsrotverschiebung. Das Licht eines Sterns wird durch das starke Gravitationsfeld eines Schwarzen Lochs zu längeren Wellen gestreckt. Die Messung der Wellenlänge von Licht aus S2 passt genau zu dem, was in Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt wurde. Dies ist das erste Mal, dass eine Abweichung von der Vorhersage der einfacheren Gravitationstheorie von Newton beobachtet wurde, wenn sich ein Stern um ein supermassereiches Schwarzes Loch bewegt.

Der erste erfolgreiche Test der allgemeinen Relativitätstheorie in der Nähe eines supermassiven Schwarzen Lochs

Die Simulation zeigt die Umlaufbahnen von Sternen in der Nähe eines supermassiven Schwarzen Lochs in der Mitte der Milchstraße. Der Stern S2 bewegt sich alle 16 Jahre in der Nähe des Schwarzen Lochs. Die Konvergenz wurde zuletzt im Mai 2018 festgestellt.

Die Wissenschaftler verwendeten SINFONI, um die Geschwindigkeit von S2 in Richtung von der Erde zu messen, und das GRAVITY-Gerät, um äußerst genaue Berechnungen der Position des Sterns durchzuführen, um die Form seiner Umlaufbahn zu bestimmen. GRAVITY erstellt ein scharfes Bild, mit dem Sie die Sternbewegung in einer Entfernung von 26.000 Lichtjahren verfolgen können.

Die ersten Beobachtungen von S2, die vor 2 Jahren gemacht wurden, zeigten, dass die Forscher das perfekte Labor in Form eines Schwarzen Lochs hatten. In kurzer Zeit war es sogar möglich, ein schwaches Leuchten um das Schwarze Loch herum zu erzeugen, was dazu beitrug, den Stern in seiner Umlaufbahn genau zu verfolgen. Mehr als 100 Jahre sind vergangen und Einstein schafft es immer noch, seinen Fall zu beweisen.

Der erste erfolgreiche Test von Einsteins Theorie in der Nähe eines supermassiven Schwarzen Lochs

Innerhalb des Sonnensystems können die Gesetze der Physik jetzt und unter bestimmten Umständen überprüft werden. Daher ist es für Astronomen wichtig zu verstehen, ob diese Gesetze in Kraft bleiben, wenn Gravitationsfelder viel stärker sind. In weiteren Übersichtsarbeiten wird ein weiterer relativistischer Effekt erwartet - eine leichte Rotation der Sternbahn (Schwarzschild-Präzession), da sich S2 vom Schwarzen Loch wegbewegt.

Stern S2 nähert sich einem Schwarzen Loch in der Mitte der Milchstraße.

Wissenschaftler haben viel Zeit damit verbracht, einzigartige leistungsstarke Werkzeuge zu entwickeln, die für die Durchführung detaillierter Messungen am Very Large Telescope erforderlich sind. Die heute erhaltenen Fakten sind ein aufregendes Ergebnis einer wunderbaren Partnerschaft.

Simulation der Umlaufbahnen von Sternen um ein Schwarzes Loch in der Mitte der Milchstraße

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