Známky relativistických efektů v pohybu hvězd okolo supermasivní černé díry v centru Galaxie

V centru Mléčné dráhy, ve vzdálenosti 26 000 světelných let od Země, leží nejbližší supermasivní černá díra, která má hmotnost čtyři miliony hmotností Slunce. Kolem tohoto výjimečného objektu obíhá ve velmi silném gravitačním poli malá skupina hvězd s vysokou rychlostí. Je to perfektní prostředí na testování teorií gravitace a obzvláště Einsteinovy obecné teorie relativity.

 

Českoněmecký tým astronomů aplikoval novou analytickou metodu na bohatý soubor existujících pozorování hvězd obíhajících kolem černé díry. Tato pozorování provedl v posledních dvaceti letech dalekohled ESO/VLT v Chile a také jiné [1]. Vědci srovnávali měřené dráhy hvězd s předpověďmi klasické Newtonovy teorie gravitace a s předpověďmi obecné relativity.

 

Vědecký tým našel známky existence drobných změn v pohybu jedné z hvězd, známé jako S2, které souhlasí s předpovědí obecné relativity [2]. Odchylka díky relativistickým efektům je jenom několik málo procent v tvaru dráhy a asi jenom šestina stupně v její orientaci [3]. Pokud budou výsledky potvrzeny, bude to poprvé, co se podařilo velikosti relativistických efektů změřit pro hvězdy obíhající kolem supermasivní černé díry.

Marzieh Parsa, PhD student na Univerzitě v Kolíně nad Rýnem (Německo) a hlavní autor vědeckého článku, má radost: "Galaktické centrum je skutečně nejlepší laboratoř pro sledování pohybu hvězd v relativistickém prostředí. Byl jsem překvapen, jak dobře jsme mohli aplikovat metody, které jsme vyvinuli pro simulované hvězdy, na přesná měření hvězd s vysokou rychlostí, obíhající těsně kolem supermasivní černé díry."

Vysoká přesnost měření pozic hvězd, kterou umožnily přístroje s adaptivní optikou pracující v blízké infračervené oblasti na dalekohledu VLT, byla pro úspěch studie velmi důležitá [4]. A to nejen v okamžiku nejbližšího přiblížení hvězdy k černé díře, ale také - a to především - během doby, kdy se hvězda S2 nacházela od černé díry dál. Tato data umožnila přesné určení tvaru dráhy.

"Během analýzy jsme si uvědomili, že k určení relativistických jevů působících na S2 potřebujeme velmi přesná data z celé dráhy hvězdy," komentuje Andreas Eckart, vedoucí týmu na kolínské univerzitě.

 

Z nové analýzy plynou nejenom podrobnosti o dráze hvězdy S2, ale také přesnější údaje o hmotnosti černé díry a její vzdálenosti od Země [5].

 

Spoluautor Vladimír Karas z Astronomického ústavu Akademie věd ČR v Praze s nadšením hovoří o budoucím výzkumu: "Naše výsledky otevírají další možnosti pro teoretickou i experimentální práci v tomto oboru vědy."

Popisovaná analýza je předehrou k vzrušujícímu období pozorování galaktického středu, na které se připravuje mnoho astronomů na světě. Během roku 2018 se hvězda S2 těsně přiblíží k supermasivní černé díře. Přístroj GRAVITY, vyvinutý velkým mezinárodním konsorciem, které vede MPE (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik) v Garchingu [6], a nainstalovaný na interferometru VLT [7], bude schopen měřit dráhu hvězdy mnohem přesněji, než je v současnosti možné. Očekává se, že GRAVITY, která již provádí velmi přesná pozorování středu Galaxie, ukáže relativistické efekty velmi jasně, ale mohla by astronomům také pomoci odhalit i případné odchylky od obecné teorie relativity, které by znamenaly novou fyziku.