טלסקופ הענק של ESO בצ’ילה צפה בכוכב רוקד סביב החור השחור העצום במרכז שביל החלב; מוכיח שאיינשטיין צדק

התוצאה הזאת שמבקשים למצוא זמן רב התאפשרה על ידי מדידות יותר ויותר מדויקות במשך קרוב לשלושים שנה, שאיפשרו למדענים לפענח את התעלומות של המפלצת שאורבת בלב הגלקסיה שלנו.

תצפיות שנעשו באמצעות הטלסקופ הגדול מאוד (VLT) של המצפה האירופי הדרומי (ESO) גילו בפעם הראשונה שכוכב שמקיף את החור השחור העל-מסיבי שבמרכז שביל החלב נע בדיוק כפי שחזה איינשטיין בתיאוריית היחסות הכללית שלו. המסלול שלו הוא בצורת רוזטה ולא בצורת אליפסה כפי שחזה ניוטון בתיאוריית הכבידה שלו. התוצאה הזאת שמבקשים למצוא זמן רב התאפשרה על ידי מדידות יותר ויותר מדויקות במשך קרוב לשלושים שנה, שאיפשרו למדענים לפענח את התעלומות של המפלצת שאורבת בלב הגלקסיה שלנו.

“תיאוריית היחסות הכללית של איינשטיין חוזה שמסלולים קשורים של עצם אחד סביב אחר הם לא סגורים, כמו בכבידה הניוטונית, אלא נוקפים (משנים כיוון) קדימה במישור התנועה. האפקט המפורסם הזה — שנראה לראשונה במסלול של כוכב חמה סביב השמש — היה ההוכחה הראשונה לטובת היחסות הכללית. מאה שנים אחר כך גילינו את אותו אפקט בתנועה של כוכב שמקיף את המקור של שידור רדיו מרוכז סגיטריוס (מזל קשת) A* האיזור בו נמצא החור השחור במרכז שביל החלב פריצת הדרך התצפיתית הזאת מחזקת את ההוכחה שסגיטריוס A* חייב להיות חור שחור על-מסיבי עם מסה שגדולה פי 4 מיליון מהמסה של השמש אומר ריינהרד גנצל מנהל במכון מקס פלאנק לפיזיקה חוץ ארצית(MPE בגרכינג גרמניה והמתכנן של תוכנית שלושים השנים שהובילה לתוצאה הזאת

סגיטריוס A* שנמצא 26,000 שנות אור מהשמש וצביר הכוכבים הצפוף שסביבו מספקים מעבדה ייחודית לניסויים בפיזיקה במשטר קיצוני ושלא נחקר באופן אחר של כבידה אחד הכוכבים האלה 2S נע לעבר החור השחור העל-מסיבי למרחק הכי קרוב של פחות מ-20 מיליארד ק”מ(פי 122 מהמרחק בין השמש וכדור הארץ וזה הופך אותו לאחד הכוכבים הכי קרובים שנמצאו אי פעם במסלול סביב החור השחור הענק המסיבי בהתקרבות הכי קרובה שלו לחור השחור 2S נע בחלל בקרוב לשלושה אחוז ממהירות האור ומשלים הקפה כל 16 שנים “אחר שעקבנו אחרי הכוכב במסלול שלו במשך יותר משניים וחצי עשורים, המדידות המעולות שלנו מגלות באופן איתן את נקיפת שוורצשילד של 2S במסלול שלו סביב סגיטריוס A*”, אומר סטפן גילסן מ-MPE, שהוביל את הניתוח של המדידות שהתפרסם היום בכתב העת Astronomy & Astrophysics.

לרוב הכוכבים וכוכבי הלכת יש מסלול לא מעגלי ולכן הם מתקרבים ומתרחקים מהגוף שסביבו הם מסתובבים. המסלול של 2S נוקף, כלומר המקום של הנקודה הכי קרובה שלו לחור השחור העל-מסיבי משתנה עם כל סיבוב, כך שהמסלול הבא מסובב ביחס לקודם, ויוצר צורה של רוזטה. היחסות הכללית מספקת חיזוי מדויק למידת השינוי של המסלול והמדידות האחרונות מהמחקר הזה מתאימות  במדויק לתאוריה. האפקט הזה, שנקרא נקיפת שוורצשילד, לא נמדד קודם מעולם עבור כוכב סביב חור שחור על-מסיבי מהסוג שנמצא במרכזה של כל גלקסיה.

המחקר באמצעות ה-VLT של ESO גם עוזר למדענים ללמוד עוד על הסביבה של החור השחור העל-מסיבי במרכז שביל החלב. “בגלל שהמדידות של 2S מתאימות כל כך טוב ליחסות הכללית אנחנו יכולים לקבוע גבולות מחמירים יותר לגבי כמות החומר הבלתי נראה כגון חומר אפל מפוזר או אולי חורים שחורים קטנים יותר שנמצא סביב סגיטריוס A* יש בכך עניין רב כדי להבין את ההיווצרות וההתפתחות של חורים שחורים על-מסיביים אומרים גי פרין וקארין פרו המדענים המובילים של הפרויקט בצרפת.

התוצאה הזאת היא השיא של 27 שנות תצפית על הכוכב 2S באמצעות, ברוב הזמן, צי של מכשירים ב-VLT של ESO שנמצא במדבר אטקמה בצ’ילה. מספר הנתונים שמציינים את המקום והמהירות של הכוכב מעידים על היסודיות והדיוק של המחקר החדש: הצוות ביצע בסך הכל יותר מ-330 מדידות, באמצעות המכשירים GRAVITY, SINFONI ו-NACO. משום שלוקח ל-2S שנים להקיף את החור השחור העל-מסיבי, היה חיוני לעקוב אחרי הכוכב במשך קרוב לשלושה עשורים, כדי לחשוף את המורכבות של התנועה המסלולית שלו.

המחקר בוצע על ידי צוות בינ”ל בראשות פרנק אייזנהאואר מ-MPE עם משתפי פעולה מצרפת, פורטוגל, גרמניה ו-ESO. הצוות יצר את שיתוף הפעולה GRAVITY, על שם המכשיר שהם פיתחו עבור האינפרומטר של VLT, שמשלב את האור של כל ארבעת הטלסקופים 8 מטר של VLT לטלסקופ על (עם רזולוציה ששווה לזאת של טלסקופ בקוטר 130 מטר). אותו הצוות דיווח ב-2018 על אפקט אחר שחזתה היחסות הכללית: הם ראו שהאור שמתקבל מ-2S נמתח לאורכי גל ארוכים יותר כשהכוכב עבר קרוב יותר לסגיטריוס A*. “התוצאה הקודמת שלנו הראתה שהאור שנפלט מהכוכב חווה יחסות כללית. עכשיו הראנו שהכוכב עצמו חש את ההשפעות של היחסות הכללית”, אומר פאולו גרסיה, חוקר במרכז לאסטרופיזיקה וכבידה של פורטוגל ואחד המדענים המובילים של פרויקט GRAVITY.

באמצעות הטלסקופ הגדול במיוחד, הטלסקופ הבא של ESO, הצוות מאמין שיוכל לראות כוכבים הרבה יותר חלשים עם מסלול קרוב אפילו יותר לחור השחור העל-מסיבי. “אם יהיה לנו מזל אולי נלכוד כוכבים שהם קרובים מספיק כדי להרגיש ממש את הסיבוב הסחריר של החור השחור אומר אנדראס אקרט מאוניברסיטת קלן מדען מוביל אחר של הפרויקט המשמעות היא שאסטרונומים יוכלו למדוד את שתי הכמויות הסחריר והמסה שמאפיינות את סגיטריוס A* ולהגדיר מרחב וזמן סביבו “זאת תהיה שוב רמה שונה לגמרי של ניסויים ביחסות”, אומר אקרט.

לידיעה באתר ESO

עוד בנושא באתר הידען:

• לחור השחור במרכז שביל החלב עשוי להיות חבר
• הדרקון מתעורר – התפוצצות ענקית לפני 2 מיליון שנים של החור השחור במרכז שביל החלב
• מגה-טלסקופ יבחן את החור השחור המאסיבי במרכז שביל החלב