1915 년에 Albert Einstein은 유명한 일반 상대성 이론을 발표하여 공간과 시간의 기하학적 속성으로 중력에 대한 통일 된 설명을 제공했습니다. 이 이론은 현대의 중력 이론을 일으키고 물리학에 대한 우리의 이해에 혁명을 일으켰습니다. 그 이후로 한 세기가 지났지 만 과학자들은 여전히 그의 이론의 예측을 확인하는 실험을 수행하고 있습니다.
국제 천문학 자 팀 (GRAVITY 협력)이 최근에 실시한 관찰 덕분에 일반 상대성 이론의 효과는 SMBH (Supermassive Black Hole)를 사용하여 처음으로 밝혀졌습니다. 이 발견은 유럽 남방 전망대 (ESO) 기기를 사용하여 은하수 중심 (Sagittarius A *)에서 26 년간의 SMBH 관측 캠페인의 정점이었다.
팀의 연구 결과를 설명하는 연구가 최근 저널에 게재되었습니다 천문학과 천체 물리학, 은하 중심의 거대한 블랙홀 근처에있는 별 S2의 궤도에서의 중력 적색 편이의 검출”이라는 제목이 붙었다. 이 연구는 ESO의 Roberto Arbuto가 주도했으며, Max Planck 외계 물리 연구소 (MPE)의 Reinhard Genzel이 이끄는 GRAVITY 협업 멤버를 포함했으며 여러 유럽 대학 및 연구소의 천문학자를 포함합니다.
연구를 위해이 팀은 VLT의 매우 민감하고 정밀한 기기가 수집 한 데이터에 의존했습니다. 여기에는 GRAVITY 천체 측정 및 간섭계 계측기, 근적외선 (SINFONI) 계측기의 통합 필드 관찰 분광기 및 Nasmyth Adaptive Optics System (NAOS) – 근적외선 이미 저 및 분광기 (CONICA) 계측기가 포함되어 있습니다. 나코.
이 기기들에 의해 수집 된 새로운 적외선 관측으로 팀은 궁수 자리 A *가 2018 년 5 월에 발생한 블랙홀 앞에서 통과하면서 궁수 자리 A *를 도는 별 (S2) 중 하나를 모니터링 할 수있었습니다. , 별은 블랙홀에서 200 억 km (12.4 억 마일) 떨어진 거리에 있었고, 빛의 속도의 거의 3 % 인 2 천 5 백만 km / h (1 천 5 백만 mph)를 초과하는 속도로 움직이고있었습니다. .
SINFONI 기기는 지구를 향한 S2 속도를 측정하는 데 사용되었지만 VLTI (VLT Interferometer)의 GRAVITY 기기는 궤도의 모양을 정의하기 위해 S2의 변화하는 위치를 매우 정확하게 측정했습니다. GRAVITY 도구는 블랙홀에 가까워지면서 별의 움직임을 나타내는 선명한 이미지를 만들었습니다.
그런 다음 다른 장비를 사용하여 위치 및 속도 측정을 S2의 이전 관측치와 비교했습니다. 그런 다음 이러한 결과를 뉴턴의 세계 중력 법칙, 일반 상대성 이론 및 기타 중력 이론에 의해 작성된 예측과 비교했습니다. 예상 한 바와 같이, 새로운 결과는 1 세기 전 아인슈타인의 예측과 일치했습니다.
GRAVITY 협력의 리더 일뿐 아니라 논문의 공동 저자 인 Reinhard Genzel은 최근 ESO 보도 자료에서 다음과 같이 설명했습니다.
“이것은 우리 은하 중심의 블랙홀 주변에서 S2의 근접한 통과를 관찰 한 두 번째입니다. 그러나 이번에는 훨씬 향상된 계측으로 인해 전례없는 해상도로 별을 관찰 할 수있었습니다. 우리는 일반적인 상대성 효과를 관찰 할 수있는이 독특한 기회를 최대한 활용하기 위해 몇 년에 걸쳐이 행사를 강렬하게 준비해 왔습니다.”
이 팀은 VLT의 새로운 기기로 관찰했을 때 중력 적색 편이라고 불리는 효과에 주목했습니다. S2에서 나오는 빛이 블랙홀에 가까워짐에 따라 색이 변했습니다. 이것은 블랙홀의 매우 강한 중력장으로 인해 별의 빛의 파장을 늘려서 스펙트럼의 적색 끝으로 이동합니다.
S2의 빛의 파장 변화는 아인슈타인의 전계 방정식이 예측 한 것과 정확히 일치합니다. 맥스 플랑크 외계 물리 연구소 연구원 인 Frank Eisenhauer는 GRAVITY의 수석 수사관과 SINFONI 분광기, 그리고이 연구의 공동 저자로서 다음과 같이 지적했습니다.
“약 2 년 전에 GRAVITY를 사용한 S2의 첫 번째 관찰은 이미 이상적인 블랙홀 실험실을 보유하고 있음을 보여주었습니다.. 가까운 통로에서 우리는 대부분의 이미지에서 블랙홀 주위의 희미한 빛을 감지하여 궤도의 별을 정확하게 따라갈 수 있었으며 궁극적으로 S2 스펙트럼의 중력 적 적색 이동을 감지 할 수있었습니다.”
아인슈타인의 예측을 확인한 다른 테스트가 수행되었지만, 이것은 초 거대 블랙홀 주위에서 별의 움직임에서 일반 상대성 이론의 효과가 관찰 된 것은 이번이 처음입니다. 이와 관련하여 아인슈타인은 지금까지 가장 극단적 인 실험실을 사용하여 다시 한번 입증되었습니다! 또한 상대 론적 효과가 포함 된 테스트가 시간과 공간에 걸쳐 일관된 결과를 제공 할 수 있음을 확인했습니다.
ESO의 시스템 엔지니어링 부서 책임자 인 Françoise Delplancke는“여기에서 태양계에서는 현재와 특정 상황에서 물리 법칙 만 테스트 할 수 있습니다. "천문학에서 중력장이 훨씬 더 강한 곳에서도 이러한 법이 여전히 유효한지 확인하는 것이 매우 중요합니다."
가까운 장래에 S2가 블랙홀에서 멀어짐에 따라 다른 상대 론적 테스트가 가능할 것입니다. 이것은 슈바르츠 실트 세차 운동 (Schwarzschild precession)으로 알려져있다. GRAVITY Collaboration은이 효과를 관찰하기 위해 S2를 모니터링하고 VLT의 매우 정확하고 민감한 기기에 다시 한 번 의존합니다.
Xavier Barcons (ESO의 사무 총장)가 지적했듯이, 이러한 성과는 중력 협력과 ESO 개발을 지원하는 도구로 대표되는 국제 협력 정신 덕분에 가능했습니다.
“ESO는 25 년 넘게 Ein 회원국의 Reinhard Genzel 및 그의 팀 및 공동 작업자와 협력했습니다. 매우 섬세한 측정을 수행하고 Paranal의 VLT에 배치하는 데 필요한 독창적 인 강력한 계측기를 개발하는 것은 큰 도전이었습니다. 오늘 발표 된 발견은 놀라운 파트너십의 결과입니다.”
ESO가 제공하는 GRAVITY Collaboration의 성공적인 테스트에 대한이 비디오를 확인하십시오.
