Centrum galaxie ako laboratórium

Nová analýza údajov z ďalekohľadu VLT (Very Large Telescope) na Cerro Paranal v Čile naznačuje, že pohyb hviezd v okolí superhmotnej čiernej diery v centre Mliečnej cesty by mohli ovplyvňovať efekty, ktorých existencia vyplýva z Einsteinovej všeobecnej teórie relativity.

Výpočty naznačujú, že dráha hviezdy S2, pohybujúcej sa v blízkosti jadra našej galaxie, sa jemne odchyľuje od dráhy vypočítanej pomocou klasickej fyziky. Tento výsledok je predohrou k oveľa presnejším meraniam – k testovaniu všeobecnej teórie relativity, ktoré vykoná prístroj GRAVITY, keď bude pozorovať priblíženie hviezdy S2 k čiernej diere v roku 2018.

Testovanie relativistických efektov

V jadre Mliečnej cesty, vo vzdialenosti 26000 svetelných rokov od Zeme, leží najbližšia superhmotná čierna diera, ktorá má hmotnosť štyri milióny hmotností Slnka. Okolo tohto výnimočného objektu obieha vysokou rýchlosťou vo veľmi silnom gravitačnom poli malá skupina hviezd. Je to perfektné prostredie na testovanie teórií gravitácie a najmä Einsteinovej všeobecnej teórie relativity. Česko-nemecký tím astronómov aplikoval novú analytickú metódu na bohatý súbor existujúcich pozorovaní hviezd obiehajúcich okolo čiernej diery. Tieto pozorovania uskutočnil za posledných 20 rokov ďalekohľad VLT v Čile, ale aj iné prístroje. Vedci porovnávali namerané dráhy hviezd s predpoveďami klasickej Newtonovej teórie gravitácie aj s predpoveďami všeobecnej teórie relativity. Našli náznaky existencie drobných zmien v pohybe jednej z hviezd, známej ako S2, ktoré súhlasia s predpoveďou všeobecnej teórie relativity. Odchýlka vďaka relativistickým efektom je len niekoľko málo percent v tvare dráhy a asi len šestina oblúkového stupňa v jej orientácii. Pokiaľ sa výsledky potvrdia, bude to po prvýkrát, čo sa podarilo hodnoty relativistických efektov zmerať pre hviezdy obiehajúce okolo superhmotnej čiernej diery.

Vysoká presnosť meraní

Marzieh Parsa, doktorand na univerzite v Kolíne nad Rýnom, hovorí: Centrum našej galaxie je najlepšie laboratórium na sledovanie pohybu hviezd v relativistickom prostredí. Pohodlne sme tu mohli aplikovať metódy, ktoré sme vyvinuli pre simulované hviezdy, na presné merania hviezd s vysokou rýchlosťou, obiehajúce tesne okolo superhmotnej čiernej diery. Vysoká presnosť meraní polôh hviezd, ktorú umožnili prístroje s adaptívnou optikou pracujúce v blízkej infračervenej oblasti na ďalekohľade VLT, bola pre úspech štúdie veľmi dôležitá. Údaje namerané pomocou novej analýzy spresnili dráhu hviezdy S2 a tiež priniesli presnejšie údaje o hmotnosti čiernej diery a jej vzdialenosti od Zeme.

Priestor pre nové objavy

Spoluautor Vladimír Karas z Astronomického ústavu Akadémie vied ČR v Prahe s nadšením hovorí o budúcom výskume: Naše výsledky otvárajú ďalšie možnosti pre teoretickú i experimentálnu prácu v tomto odbore vedy. Popisovaná analýza je predohrou k vzrušujúcemu obdobiu očakávaných pozorovaní galaktického stredu, na ktoré sa pripravuje množstvo astronómov z celého sveta. Počas roku 2018 sa hviezda S2 tesne priblíži k superhmotnej čiernej diere. Prístroj GRAVITY, vyvinutý medzinárodným konzorciom, ktoré vedie Inštitút Maxa Plancka pre mimozemskú fyziku v Garchingu v Nemecku, nainštalovaný na interferometri VLT, bude schopný merať dráhu hviezdy oveľa presnejšie, než je to možné v súčasnosti. Očakáva sa, že GRAVITY, ktorá už vykonáva veľmi presné pozorovania stredu Galaxie, ukáže relativistické efekty veľmi jasne a mohla by astronómom aj pomôcť odhaliť prípadné odchýlky od všeobecnej teórie relativity, ktoré by otvorili novú fyziku.

RNDr. Zdeněk Komárek
Foto ESO (European Southern Observatory)