Pierwszy obraz czarnej dziury pomógł przetestować ogólną teorię względności w nowy sposób
Kiedy w kwietniu 2019 r. ukazał się pierwszy w historii obraz czarnej dziury, było to potężnym potwierdzeniem teorii grawitacji Alberta Einsteina, czyli ogólnej teorii względności.
Teoria nie tylko opisuje sposób, w jaki materia wypacza czasoprzesteń, ale także przewiduje samo istnienie czarnych dziur, w tym wielkość cienia rzucanego przez czarną dziurę na jasnym dysku materiału, który wiruje wokół niektórych gęstych obiektów. Ten kultowy obraz supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki M87 oddalonej o około 55 milionów lat świetlnych pokazał, że cień ściśle odpowiadał wielkościowo ogólnym prognozom teorii względności (SN: 4/10/19). Innymi słowy, Einstein miał rację - znowu.
Ten wynik, zgłoszony przez Event Horizon Telescope Collaboration, odpowiedział na jedno pytanie: czy wielkość czarnej dziury M87 jest zgodna z ogólną teorią względności?
Jednak "bardzo trudno jest odpowiedzieć na przeciwne pytanie: Na ile mogę dostosować ogólną teorię względności i nadal być spójnym z pomiarem [czarnej dziury]?" – mówi członek zespołu EHT Dimitrios Psaltis z University of Arizona w Tucson. To pytanie jest kluczowe, ponieważ wciąż możliwe jest, że jakaś inna teoria grawitacji mogłaby opisać wszechświat, ale podszywać się pod ogólną teorię względności w pobliżu czarnej dziury.
Zdjęcie czarnej dziury M87 przez Teleskop Horyzontu Zdarzeń po raz kolejny pokazuje, że Einstein miał rację.
Symulacje sposobu, w jaki światło i materia poruszają się wokół supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki M87, jak pokazano tutaj, pomogły fizykom przypiąć rozmiar cienia, który czarna dziura rzuca na otaczający materiał. Wielkość ta ma kluczowe znaczenie w testach ogólnej teorii względności.
L. MEDEIROS
W badaniu opublikowanym 1 października w Physical Review Letters, Psaltis i koledzy wykorzystali cień czarnej dziury M87, aby zrobić duży krok w kierunku wykluczenia tych alternatywnych teorii.
W szczególności naukowcy wykorzystali rozmiar czarnej dziury do przeprowadzenia testu ogólnej teorii względności. Tego "nie można zrobić w Układzie Słonecznym", ponieważ tutaj pole grawitacyjne jest zbyt słabe, mówi członek zespołu EHT Lia Medeiros z Instytutu Zaawansowanych Badań w Princeton, NJ
Wyniki są równoważne tym z eksperymentów dotyczących fal grawitacyjnych, takich jak Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory. Ten ostatni wykrył fale w czasoprzestrzeni powstałe z połączenia czarnych dziur mniejszych niż M87(SN: 9/16/19).
Ogólnie rzecz biorąc, fizycy myślą o ogólnej teorii względności jako o zestawie poprawek lub dodatków do teorii grawitacji Isaaca Newtona. Ogólna teoria względności przewiduje jakie powinny być te dodatki. Jeśli pomiary działania grawitacji we wszechświecie będą odbiegać od tych prognoz, to fizycy będą wiedzieć, że ogólna teoria względności nie jest pełną teorią.
-
Lisa Grossman / Science News
