Ďalší test Einsteinovej teórie relativity

Astronómovia s napätím očakávajú nadchádzajúci test Einsteinovej všeobecnej teórie relativity a to vďaka novému objavu, ktorý sa týka hviezdy S0-2 obiehajúcej veľmi blízko okolo superhmotnej čiernej diery s hmotnosťou 4 milióny hmotností Slnka v centre našej Galaxie. Až do súčasnosti bola hviezda S0-2 považovaná za dvojhviezdny systém, v ktorom obiehajú dve hviezdy okolo spoločného ťažiska. Pokiaľ by skutočne išlo o dvojhviezdu, skomplikovalo by to nastávajúci test gravitácie. Z nových výskumov však vyplýva, že S0-2 je osamotenou hviezdou. V článku publikovanom nedávno v časopise Astrophysical Journal uviedla skupina astronómov, ktorých vedúcim bol Devin Chu of Hilo z UCLA (University of California, Los Angeles), že hviezda S0-2 s najväčšou pravdepodobnosťou nie je dvojhviezdou, ale osamelou hviezdou. Je to aj dostatočne hmotné teleso na uskutočnenie rozhodujúcich meraní, ktoré chcú astronómovia vykonať na overenie Einsteinovej teórie relativity. Výskumníci uskutočnili svoj objav na základe získaných spektroskopických meraní hviezdy S0-2 pomocou spektrografu OH-Suppressing Infrared Imaging Spectrograph (OSIRIS) a systému adaptívnej optiky (Laser Guide Star Adaptive Optics) na 10 metrovom Keckovom ďalekohľade na observatóriu na Mauna Kea na Havaji. „Toto bola prvá štúdia na zistenie toho, či je objekt S0-2 spektroskopickou dvojhviezdou," hovorí hlavný autor výskumu Devin Chu of Hilo, postgraduálny študent astronómie z UCLA's Galactic Center Group. „Je to mimoriadne užitočné. Štúdia nám totiž poskytuje istotu, že objekt S0-2 nebude mať vplyv na našu schopnosť zmerať gravitačný červený posuv." Einsteinova všeobecná teória relativity predpovedá, že svetlo prechádzajúce silným gravitačným poľom je ovplyvnené tak, že jeho vlnová dĺžka sa predlžuje – ide o tzv. červený gravitačný posuv. Astronómovia očakávajú priame meranie tohto javu na jar roka 2018, hneď ako sa hviezda S0-2 najviac priblíži k superhmotnej čiernej diere v centre našej Galaxie (Mliečnej cesty). To vedcom z UCLA Galactic Center Group umožní byť svedkom toho, či sa hviezda ovplyvnená maximálnou gravitačnou silou bude správať v súlade s Einsteinovou teóriou relativity. „Bude to prvý takýto druh merania," informuje spoluautor štúdie Tuan Do, zástupca riaditeľa Galactic Center Group, UCLA. „Gravitácia je najmenej preskúmaná sila vo vesmíre. Einsteinova teória relativity doposiaľ prešla rôznymi skúškami, takže pokiaľ by sa namerali nejaké odchýlky, vyvolalo by to samozrejme množstvo otázok o podstate gravitácie." „Na túto príležitosť čakáme už 16 rokov," vysvetľuje Devin Chu of Hilo. „Už sa nevieme dočkať toho, keď budeme pozorovať, ako sa hviezda bude správať pod vplyvom mohutnej príťažlivosti čiernej diery. Bude sa S0-2 riadiť podľa predpokladu Einsteinovej teórie relativity, alebo bude vzdorovať našim súčasným zákonom fyziky? Už čoskoro sa o tom presvedčíme." Štúdia taktiež vniesla nové svetlo na doteraz neznámy zrod hviezdy S0-2 a jej bezprostredné okolie vo hviezdokope označovanej ako S-Star Cluster. Fakt, že tieto hviezdy existujú tak blízko superhmotnej čiernej diery, je zvláštna vzhľadom k tomu, že sú veľmi mladé. Ako mohli vzniknúť v tak nepriateľskom prostredí, je záhada. „Vznik hviezd v centre Galaxie nie je jednoduchý, pretože veľmi silná gravitácia čiernej diery môže roztrhať oblaky plynu ešte predtým, než dôjde k ich zmršteniu a k vytvoreniu hviezdy," vysvetľuje Tuan Do. „S0-2 je veľmi zvláštna a tajomná hviezda," dodáva Devin Chu of Hilo. „Nevidíme tu v blízkosti superhmotnej čiernej diery typickú mladú horúcu hviezdu vzniknutú zvyčajným spôsobom. To znamená, že S0-2 musela vzniknúť odlišným spôsobom." Existuje niekoľko teórií, ktoré poskytujú možné vysvetlenie. „Boli sme schopní určiť horný limit hmotnosti hviezdneho sprievodcu pre S0-2," hovorí Devin Chu of Hilo. Toto nové obmedzenie umožňuje astronómom lepšie pochopiť tento neobvyklý objekt. „Hviezdy hmotné ako S0-2 takmer vždy majú svojho sprievodcu – druhú zložku dvojhviezdy. Máme šťastie, že v tomto prípade to tak nie je, čo uľahčuje meranie relativistických efektov. Avšak to súčasne prehlbuje záhadu vzniku tejto hviezdy," dodáva Tuan Do. Skupina Galactic Center Group teraz plánuje výskum ďalších hviezd hviezdokopy S-Stars obiehajúcich okolo superhmotnej čiernej diery a dúfajú, že sa im podarí rozhodnúť medzi rôznymi teóriami a pokúsia sa vysvetliť, prečo je objekt S0-2 osamelá hviezda. Hviezda S0-2 má 15 krát väčšiu hmotnosť než Slnko a okolo stredu Galaxie obehne raz za 15,2 roka (pre porovnanie naše Slnko obehne okolo jadra Galaxie raz za 240 000 000 rokov). Jej vzdialenosť od galaktického ce Použiť ntra sa mení vďaka excentrickej dráhe od 30 AU do 120 AU (4,5 – 18 miliárd km). V prípade Slnka je vzdialenosť od centra Mliečnej cesty 26 000 svetelný rokov. A práve do najbližšieho bodu svojej dráhy (tzv. perigalaktikum) sa hviezda dostane tento rok na jar. Gravitácia superhmotnej čiernej diery zvýši rýchlosť hviezdy až na 30 miliónov kilometrov za hodinu (8 300 km/s). A na tento okamih astronómovia netrpezlivo čakajú.

Publikované v časopise QUARK, máj 2018, RNDr. Zdeněk Komárek

Text k obrázku: Dráhy hviezd v centre našej Galaxie, dráha hviezdy S0-2 je vyznačená modrou farbou

Zdroj obrázka: Autor: S. Sakai/A. Ghez/W. M. Keck Observatory/UCLA Galactic Center Group