Ученые основательно проверили знаменитую теорию Эйнштейна

Базовые законы физики, вышедшие из-под пера Исаака Ньютона в 17-м веке, работают не во всех случаях. Стоит только применить их к очень быстро, почти со скоростью света двигающимся объектам или к вещам тяжелее звезд, и тут-то они дают слабину. Именно в таких случаях на помощь приходит расширенная теория движения и гравитации – общая теория относительности Эйнштейна. Теория относительности работает очень хорошо. Об этом свидетельствуют доказанные предсказания, сделанные почти 100 лет спустя. Но вот вопрос: так ли она хороша?

Для того чтобы это выяснить, группа ученых использовала набор данных, собранных за 20 лет различными телескопами, чтобы посмотреть, как вокруг Стрельца А*, центра нашего Млечного Пути, представляющего собой предположительно черную дыру, вращаются три конкретные звезды. На базе полученных данных они создали очень серьезный проверочный тест для общей теории относительности.

"Сейчас этот тест можно рассматривать проверкой на состоятельность. Мы проверили данные, которые ожидали получить согласно теории относительности, и обнаружили очень ясные признаки ожидаемых ответов", — комментирует автор исследования Андреас Экарт.

Ученые вроде Эйнштейна разрабатывали свои теории для объяснения того, чего они не могут понять. Как только появляется новая теория, то для ее проверки на ее базе ученые пытаются создать проверяемые прогнозы. Для дальнейшей проверки исследователи должны либо убедиться в том, что эти предсказания действительно реальны, как те же гравитационные волны, которые были предсказаны почти сотню лет назад и были на самом деле открыты в 2016 году, либо постараться опровергнуть ее состоятельность, применяя теорию в самых сложных случаях, как тот, о котором мы говорим сегодня.

Команда собрала ключевые данные из нескольких исследований, а также наблюдений, проведенных Очень большим телескопом (VLT) за звездами S2, S38 и S55/S0-102. Объекты вращаются вокруг Стрельца А*, предположительно сверхмассивной черной дыры с массой в четыре миллиона раз больше массы Солнца и расположенной в центре нашей галактики. Исследователи смогли сравнить данные об орбитах этих объектов с математическими значениями, предсказанными теорией Эйнштейна. Результаты в скором времени будут опубликованы в научном журнале Astrophysical Journal.

В рамках исследования были обнаружены незначительные расхождения в движении звезды S2. Оно составляет всего 1/6 градуса в отношении положения предсказанной орбиты и всего несколько процентов от ее формы. Тем не менее эти расхождения согласуются с предсказанными теорией релятивистскими эффектами. Таким образом, можно говорить о том, что это первый случай, когда учеными была проведена проверка эффектов общей теории относительности для звезд, обращающихся вокруг сверхмассивной черной дыры.

Однако об окончательных выводах говорить пока не приходится. Несмотря на объем данных, собранный за два десятилетия, ученые смогли провести проверку только на трех звездах, при этом отметив большую неопределенность в их расчетной величине. Другими словами, остается еще множество потенциальных возможностей доказать, что Эйнштейн был неправ.

"Для проверки того, есть ли здесь какие-нибудь упущения, необходимо добиться значительного улучшения показателя соотношения сигнал/шум. Приведет ли это к каким-то искажениям результатов, я сказать пока не могу", — говорит Экарт.

 Исследователи считают, что измерения этих звезд можно провести в рамках других экспериментов на проверку точности теории относительности. Несмотря на слабость пойманных сигналов, ученые надеются, что сбор дополнительных данных поможет улучшить результат. Несмотря на это, некоторые сторонние ученые считают, что важный шаг сделан уже сейчас.

"С моей точки зрения, эта работа удивительна тем, что старается проверить теорию гравитации в тех условиях, в которых до этого очень мало проводилось проверок", — комментирует Тесса Бейкер, постдокторант Оксфордского университета.

Она соглашается с тем, что в центре галактики может присутствовать множество факторов, которые могут несколько исказить измерения, но при этом считает, что "команда провела очень серьезную и всестороннюю работу по сбору и проверке данных". И ей бы очень хотелось увидеть, какие изменения в общей теории относительности могут появиться в этих измерениях.