Общая теория относительности Эйнштейна ставится под сомнение, но все-таки стоит сейчас

Более 100 лет спустя Альберт Эйнштейн опубликовал его знаменитой теорией относительности, он начинает постепенно изнашиваться по краям, сказал Андреа Геза, профессора физики и астрономии Калифорнийского университета. Сейчас, в самый комплексный тест общей теории относительности вблизи чудовищной черной дыры в центре нашей галактики, Гез и ее научный отчет группы 25 июля в журнале Science, что теория относительности Эйнштейна держит.

«Правый Эйнштейна, по крайней мере сейчас», — сказал Геза, со-ведущий автор исследования. «Мы можем абсолютно исключать и законе тяготения Ньютона. Наши наблюдения согласуются с теорией относительности Эйнштейна. Однако его теория, безусловно, показывая уязвимость. Он не может полностью объяснить гравитации внутри черной дыры, и в какой-то момент нам придется выйти за рамки теории Эйнштейна к более всеобъемлющей теории гравитации, которая объясняет, что такое черная дыра.»

Теория Эйнштейна в 1915 году общая теория относительности считает, что то, что мы воспринимаем как силу тяжести возникает от искривления пространства и времени. Ученый предложил, что такие объекты, как солнце и изменения Земли этой геометрии. Теория Эйнштейна-это лучшее описание того, как работает гравитация, — сказал Геза, которого УКЛА-вело команда астрономов осуществлены прямые измерения явления вблизи сверхмассивной черной дыры — исследование Гез описывает как «экстремальная астрофизика.»

Законы физики, включая гравитацию, должна быть действительна и везде во Вселенной, — сказал Геза, который добавил, что ее исследовательская группа является одной из двух групп в мире, чтобы смотреть звезде, известной как S0-2 делает полный оборот в трех измерениях вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. Полная орбита занимает 16 лет, и масса черной дыры составляет около четырех миллионов раз больше, чем Солнце.

Исследователи говорят, что их работа является наиболее подробное исследование когда-либо проводившихся в сверхмассивные черные дыры и теория относительности Эйнштейна.

Ключевые данные исследования были спектры, что команда Гез проанализировал в апреле, мае и сентябре, так как ее «любимая звезда» сделал свой самый близкий подход к огромную черную дыру. Спектры, которые Гез охарактеризовать как «радуга света» от звезд, показывают интенсивность света и предложить важную информацию о звезде, с которой свет путешествует. Спектры также показывают состав звезды. Эти данные были объединены с результатами измерений Гез и ее команда сделали за последние 24 года.

Спектры были собраны в В. М. обсерватории Кека на Гавайях с помощью спектрографа, построенного в Калифорнийском университете авторским коллективом под руководством коллега Джеймс Ларкин-обеспечить третье измерение, выявление движения звезды на уровне точности не достигли ранее. (Изображение звезды исследователи проводили в Обсерватории Кека обеспечить два других измерения.) Инструмент Ларкина принимает свет от звезды и рассеивает его, подобно тому, как дождевые капли рассеивают свет от солнца, чтобы создать радугу, сказал Гез.

«Что такого особенного С0-2 у нас его полный оборот в трех измерениях», — сказал Геза, который занимает Б. Лорен Leichtman и Артур Е. председатель Левин в астрофизике. «Это то, что дает нам право на вход в тесты общей теории относительности. Мы спросили, как гравитация ведет себя рядом с сверхмассивной черной дырой и является ли теория Эйнштейна говорит нам вся история. Видя звезды пройти полное их орбиты дает первую возможность проверить фундаментальной физики с помощью движений этих звезд».

Исследовательская группа Гез смогла увидеть смешение пространства и времени вблизи сверхмассивной черной дыры. «По версии всемирного тяготения Ньютона, пространство и время являются самостоятельными, и не смешаться; под Эйнштейна, они полностью смешиваются вблизи черной дыры», — сказала она.

«Делая измерения столь важное значение, потребовались многие годы наблюдений за пациентами, включена государство-оф-современные технологии», — говорит Ричард Грин, директор отдела Национального научного фонда астрономических наук. На протяжении более двух десятилетий, отдел поддержал Геза, а также несколько технических элементов, важных для открытия исследовательской группы. «Через их энергичные усилия, Гез и ее коллегами были произведены высокая значимость проверки идеи Эйнштейна о сильной гравитацией.»

Директор обсерватории Кека Хилтон Льюис назвал Гез «один из наших самых страстных и цепкий пользователи Кек». «Ее последний новаторские исследования,» сказал он, «является кульминацией непоколебимую приверженность в течение последних двух десятилетий, чтобы раскрыть тайны сверхмассивная черная дыра в центре нашей галактики Млечный Путь.»

Исследователи изучили фотонов-частиц света-как они путешествовали из S0-2 на Землю. Типоразмер S0-2 движется вокруг черной дыры на blistering скорости более чем на 16 миллионов километров в час на его приближение. Эйнштейн сообщил, что в этом регионе близко к черной дыре, фотоны, придется сделать дополнительную работу. Их длина волны, как они выходят звезды зависит не только от того, насколько быстро звезды находится в движении, но и о том, сколько энергии фотонов затратить, чтобы избежать мощного гравитационного поля черной дыры. Вблизи черной дыры, гравитация намного сильнее, чем на Земле.

Геза была предоставлена возможность представить прошлым летом частичные данные, но решили не так, что ее команда может тщательно проанализировать данные. «Мы изучаем, как работает гравитация. Это одна из четырех фундаментальных сил и тот, который мы протестировали не менее,» сказала она. «Есть много областей, где мы только не спрашивали, как гравитация работает здесь? Легко быть самоуверенным и есть много способов, чтобы исказить данные, многими способами, что небольшие ошибки могут накапливаться значительные ошибки, поэтому мы не спешили нашего анализа».

Гез, получатель 2008 года Макартур «гений» общения, исследования более 3000 звезд, которые вращаются вокруг сверхмассивной черной дыры. Сотни их, молодые, по ее словам, в регионе, где астрономы не ожидали увидеть их.

Она занимает 26000 лет для фотонов с S0-2, чтобы достичь Земли. «Мы так взволнованы и готовились в течение многих лет, чтобы сделать эти измерения», — сказал Геза, который руководит в Лос-Анджелесе Галактического Центра. «Для нас это висцеральный, это сейчас, но это на самом деле произошло 26 000 лет назад!»

Это первый из многих тестов общей исследовательской группы относительности Гез проводит на звезд вблизи сверхмассивной черной дыры. Среди звезд, которые больше всего интересуют ее типоразмер S0-102, которая имеет самую короткую орбиту, с 11 1/2 лет, чтобы завершить полный круг по орбите вокруг черной дыры. Большинство звезд исследования Гез имеют орбиты гораздо дольше, чем продолжительность жизни человека.

Команда Гез взял замеры через каждые четыре ночи во время ответственных периодов в 2018 году с помощью обсерватории Кека, — который сидит на вершине гавайского спящего вулкана Мауна-Кеа и находится одна из крупнейших в мире и премьер-оптические и инфракрасные телескопы. Также проводить измерения с помощью оптико-инфракрасный телескоп в Обсерватории Джемини и телескопа «Субару», а также на Гавайях. Она и ее команда использовали эти телескопы как на сайте на Гавайях и удаленно из комнаты наблюдения в отделении Калифорнийского университета физики и астрономии.

Черные дыры имеют такую высокую плотность, что ничто не может избежать их гравитационного притяжения, даже свет. (Они не могут быть замечены непосредственно, но их влияние на близлежащие звезды видна и обеспечивает подписи. Как только что-то пересекает «горизонт событий» черной дыры, он не сможет убежать. Однако, звезда С0-2 по-прежнему достаточно далеко от горизонта событий, даже в свой самый близкий подход, чтобы его фотоны не засосет.)

Геза со-авторы включают Туан ли, ведущий автор научной работы, Калифорнийского университета научный сотрудник и заместитель директора Калифорнийского университета галактического центра Группы; Орельен вузов, бывший Лос-Анджелесе докторской ученый, а ныне научный сотрудник парижской обсерватории; Марк Моррис, калифорнийский профессор физики и астрономии; Эрик Becklin, калифорнийский профессор физики и астрономии; Смадар Naoz, калифорнийский профессор физики и астрономии; Джессика Лу, бывшего аспиранта UCLA, который сейчас находится в Беркли адъюнкт-профессор астрономии; Аспирант Калифорнийского университета Девин Чу; Грег Мартинез, ученый проекта Калифорнийского университета; Шоко Сакаи, научный сотрудник Калифорнийского университета; Шого Нишияма, доцент с Японии Мияги педагогический университет; и Райнер Schoedel, исследователь с Испании Instituto де Astrofsica-де-Андалусия.

Национальный научный фонд финансировал исследования Гез за последние 25 лет. Еще совсем недавно, ее исследование было поддержано также Фонда В. М. Кека, Фонда Гордона и Бетти Мур и Heising-Саймонса.