Forskare verkar alltid hitta nya bevis på att Albert Einstein "har rätt". Det senaste exemplet kommer från astronomer som använder European Southern Observatory's Very Large Telescope (VLT) i Chile. Astronomer där har studerat stjärnorna som kretsar farligt nära det supermassiva svarta hålet i mitten av vår galax för att finna att - du gissade det! - Einsteins teori om allmän relativitetsteori håller sig stark, även vid tröskeln till det mest extrema gravitationsfältet i vår galax.

Supermassiva laboratorier

De flesta galaxer är kända för att ha supermassiva svarta hål som lurar i sina kärnor, och vår galax, Vintergatan, är inte annorlunda. Ligger cirka 26, 000 ljusår från jorden, vårt svarta hålsbehåll kallas Skytt A* (aka Sgr A*), och den har en massa 4 miljoner gånger vår sol. Astrofysiker är enormt intresserade av svarta hål, eftersom de är de mest kompakta, gravitationellt dominerande föremål som är kända i universum och, därför, ett extremt relativitetstest.

Genom att spåra rörelsen av stjärnor som kretsar nära Sgr A*, ett team av tyska och tjeckiska astronomer har analyserat 20 års observationer gjorda av VLT och andra teleskop med hjälp av en ny teknik som identifierar positionerna för dessa stjärnor. En av stjärnorna, kallas S2, kretsar kring Sgr A* vart 16:e år och zoomar mycket nära det svarta hålet-cirka fyra gånger sol-Neptunusavståndet. På grund av dess banbana djupt inne i det svarta hålets gravitationskälla, S2 behandlas som en naturlig relativitet "sond" in i denna mystiska "stark gravitation" miljö.

"Det galaktiska centrumet är verkligen det bästa laboratoriet för att studera stjärnornas rörelse i en relativistisk miljö, "sade doktoranden Marzieh Parsa, som arbetar vid universitetet i Köln i Tyskland, i ett påstående. "Jag blev förvånad över hur väl vi kunde tillämpa de metoder vi utvecklat med simulerade stjärnor på data med hög precision för de innersta höghastighetsstjärnorna nära det supermassiva svarta hålet." Parsa är huvudförfattare till studien publicerad i The Astrophysical Journal.

Newton, Möt Einstein

Genom att exakt mäta dess rörelse runt det svarta hålet, forskarna kunde jämföra sin bana med förutsägelser som läggs fram av klassisk newtonsk dynamik. De fann att stjärnans faktiska bana avvek från newtonska förutsägelser exakt som förutsagt av Einsteins allmänna relativitet - även om effekten var liten.

I ett nötskal, Einsteinsk gravitation behandlar rum och tid som två av samma-fyrdimensionell "rymdtid" där tiden är en annan dimension som ingår i rymdets tre dimensioner-och materia påverkar rymdtidens krökning medan rymdtidens krökning påverkar materiens rörelse. Till exempel:Om du har ett massivt objekt, det kommer att böja rymdtid, som det kända exemplet på bowlingbollen hängande på ett gummiark. Om ett annat objekt färdas förbi det massiva föremålet, rymdtidens krökning kommer att avböja dess rörelseriktning - som en marmor som rullar förbi bowlingbollen.

Klassisk Newtonsk gravitation antar att rum och tid är separata dimensioner och inkluderar inte effekterna av krökning av rymdtid. Därför, allmän relativitet kommer att lämna ett avtryck i rörelsen för alla rörliga objekt i universum (skapa en avvikelse i ett objekts förutspådda Newton -rörelse), och dess små effekter blir uppenbara i extremt starka gravitationsmiljöer, såsom den omedelbara närheten av Sgr A*. Och bara precisionsinstrument som VLT, som använder adaptiv optik för att ta bort de suddiga effekterna av jordens atmosfär från astronomiska observationer, kan upptäcka denna avvikelse.

År 2018, S2 kommer att sväva till sin närmaste punkt i sin bana runt Sgr A*, och astronomer som använder VLT förbereder ett nytt instrument för att få en ännu mer exakt bild av den extrema miljön som omger det svarta hålet. Kallas GRAVITY, instrumentet är installerat på VLT -interferometern, och astronomer förutspår inte bara att den kommer att få en ännu mer exakt mätare på Einsteins allmänna relativitet, det kan till och med upptäcka avvikelser från relativitet, möjligen antyda ny fysik bortom relativitet.

Termen "ny fysik" avser den teoretiska utvecklingen inom fysiken som krävs för att förklara standardmodellens korta fall och allmänna relativitet. Till exempel, modern fysik kan inte förklara varför det finns mer materia än antimateria i universum, så experiment utförs för att leta efter fysiska fenomen bortom standardmodellen.