Hvězda obíhá kolem černé díry v Mléčné dráze rychlostí odpovídající 8 % rychlosti světla

Rychle se pohybující hvězda poblíž centrální černé díry v Mléčné dráze by mohla otestovat gravitaci za neobvykle extrémních podmínek. Obecná relativita poskytuje pozoruhodně přesný popis gravitace, ale většina každodenních výpočtů jej nevyžaduje. Newtonův gravitační zákon je dostatečně přesný, aby vedl kosmické sondy napříč Sluneční soustavou a popsal pohyb většiny hvězd kroužících kolem supermasivní černé díry Sagittarius A* v centru Mléčné dráhy.

Einsteinova teorie předpovídá jevy, které Newtonova nepředpovídá, včetně gravitačních vln, přesto oba modely v mnoha situacích produkují téměř identické výsledky. Rozlišit obecnou relativitu od jiných relativistických teorií gravitace je ještě těžší, protože jejich předpovědi se liší pouze za extrémních podmínek. Nedávno identifikovaná hvězda může nabídnout vzácnou příležitost k otestování těchto hranic.

Hvězda vstupuje do extrémního režimu gravitace
Hvězda se nazývá S301, protože je 301. rozpoznaným členem skupiny S-hvězd; skupiny, která obíhá kolem Sagittarius A* (Sag A*). S301 je o něco hmotnější než Slunce a jeden oběh dokončí každých 8,7 roku, což je nejkratší známá doba pro jakoukoliv S-hvězdu. Přitom krouží po velmi protáhlé eliptické dráze.

V nejbližším bodě prochází ve vzdálenosti zhruba 140 poloměrů Sag A*, což odpovídá asi 24 AU. Pokud by černá díra Sag A* nahradila Slunce, její horizont událostí by ležel těsně uvnitř oběžné dráhy Merkuru, zatímco S301 by se při svém nejbližším přiblížení pohybovala mezi oběžnými dráhami Uranu a Neptunu. V tom okamžiku by hvězda dosáhla více než 8 % rychlosti světla.

Její oběžná dráha zesiluje relativistické efekty
Díky tomu je S301 nejrelativističtější hvězdou, jakou jsme kdy pozorovali. Umožní nám to otestovat některé limity obecné relativity. Například jsme již pozorovali, že oběžná dráha S301 vykonává precesní pohyb. Již dříve jsme pozorovali orbitální precesi v pohybu planety Merkur.

Byl to jeden z klasických testů obecné relativity. Precese Merkuru je však nepatrná. Rozdíl v pohybu mezi Einsteinovou a Newtonovou předpovědí je menší než délka lidského srdečního tepu s každým oběhem. U S301 se její perihelium s každým oběhem posune asi o 2°.

Tento pohyb je tak extrémní, že vstupují do hry sekundární relativistické efekty. Například gravitační rudý posuv (gravitational redshift) a transverzální Dopplerův jev. Tyto efekty jsme pozorovali v laboratoři, ale S301 nám dává šanci studovat je v přírodě. Ale co je důležitější, časem můžeme S301 použít ke studiu alternativ k obecné relativitě.

Budoucí dalekohledy by mohly testovat hlubší teorie
Jednou z velkých obtíží u obecné relativity je, že se dobře nehodí do kvantové teorie. Existuje několik modelů, které se snaží tyto dvě teorie sjednotit, ale liší se od GR pouze v extrémních případech. Některé z těchto rozdílů by mohly být pozorovány při relativistických rychlostech, protože efekty jsou řádově (v/c)^2 nebo (v/c)^3.

V těchto řádech velikosti hrají roli také účinky rotace černé díry a její interakce s rotací hvězdy. Budoucí velké dalekohledy, jako je Obří Magellanův dalekohled (GMT), budou schopny pozorovat spektra S301 s dostatečnou přesností k měření efektů druhého a třetího řádu.

Prozatím však pozorování S301 zůstává výzvou. Střed naší Galaxie je zahalen v oblacích plynu a prachu, což znamená, že ji nemůžeme pozorovat v optickém světle. Protože S301 je hvězda podobná Slunci, není nijak zvlášť jasná, a to ani v infračervené oblasti. Můžeme pozorovat její pohyb, ale zatím nemůžeme shromáždit žádná významná spektrální data.

Ale stejně jako u všeho, co se týká relativity, je to jen otázka času.

Zdroj: https://scitechdaily.com/this-star-is-racing-around-the-milky-ways-black-hole-at-8-the-speed-of-light/

autor: František Martinek