با عبور ستاره S2 از کنار سیاه‌چاله مرکزیِ کهکشان، میدان گرانشی قوی سیاه‌چاله باعث شد که نور آن به سمت انتهای سرخ طیف (الکترومغناطیسی) جابه‌جا شود.

اخترشناسان سیاه‌چاله عظیمی را در مرکز کهکشان خودی کشف کرده‌اند که نور تابشی از یک ستاره چرخنده به دور خود را به سمت خود می‌کشد، نزدیک سه دهه پس از آنکه برای اولین بار شروع به ردیابی این ستاره کردند. این پدیده که مدت‌ها به‌دنبال آن بودند، به انتقال به سرخ گرانشی معروف است در نظریه نسبیت عام اینشتین پیش‌بینی شده بود، اما تاکنون در محیط اطراف سیاه‌چاله آشکارسازی نشده بود.

هینو فالک، اخترشناسِ دانشگاه رادبود در نیمیخ در هلند، که درگیر این پروژه نبود، می‌گوید: این یک قدم بزرگ در راستای نزدیکی به درک سیاه‌چاله است. بسیار شگفت‌انگیز است که می‌توانیم این اثرات را ببینیم.

گروهی به رهبری رینهارد ژنزل، از بخش فیزیک فرازمینیِ موسسه مکس پلانک در گارچینگِ آلمان، این کشف را امروز و در یک کنفرانس خبری اعلام کردند و نتایج آن را در نشریه نجوم و اخترفیزیک گزارش دادند. این گروه شامل دانشمندانی از دانشگاه‌ها و موسسات تحقیقاتی در آلمان، فرانسه، پرتغال، سوئیس، هلند، آمریکا و ایرلند است.

ژنزل و همکارانش از اوایل دهه ۱۹۹۰ به‌دنبال ستاره موسوم به S2 بودند. دانشمندان بااستفاده‌از تلسکوپ رصدخانه جنوبی اروپا در شیلی آن را در حال چرخش در یک مدار بیضوی به‌دور سیاه‌چاله مشاهده کردند که در فاصله ۲۶هزار سال نوری از زمین در صورت فلکی قوس قرار دارد. این سیاه‌چاله با جرمی ۴میلیون برابرَ جرمِ خورشید، قوی‌ترین میدان گرانشی در راه‌شیری را تولید می‌کند. و همین باعث می‌شود که جای مناسبی برای شکار آثار نسبیتی باشد.

در ۱۹ ماه می سال جاری (۲۹ اردیبهشت ۹۷)، S2 از نزدیک‌ترین فاصله خود تا سیاه‌چاله‌ گذر کرد. محققان بااستفاده از ابزارهایی شامل GRAVITY، تداخل‌سنجی که نور ۴ تلسکوپ ۸ متری را ترکیب می‌کند و در سال ۲۰۱۶ عملیاتی شده بود، مسیر حرکت ستاره را ردیابی کردند. فرانک ایزنهاور، ستاره‌شناس موسسه مکس پلانک و عضو گروه، می‌گوید: این پژوهش های ما درِ وسیعی به روی فیزیک سیاه‌چاله‌ها گشوده است.

تصویر تایم‌لپس از رصدهای تلسکوپ رصدخانه جنوبی اروپا در شیلی، نشان‌دهنده ستاره‌ای است که بیش از ۲۰ سال است به دور سیاه‌چاله مرکزی راه شیری می‌چرخد.

GRAVITY حرکت S2 در پهنه آسمان را بررسی کرد. این ستاره در سریع‌ترین زمانِ حرکتش، با سرعتی بیش از ۷۶۰۰ کیلومتر بر ثانیه، نزدیک به ۳ درصدِ سرعتِ نور، به دور خود می‌چرخید. در همین حال،‌ یک ابزار دیگر چگونگی سرعت حرکت S2 در حال دور شدن از و نزدیک‌ شدن به زمین و دور شدن آن از سیاه‌چاله را بررسی می‌کرد. ترکیب این رصدها باعث شد تا گروه ژنزل انتقال به سرخِ گرانشی ستاره را آشکار کند، انتقال به سرخِ گرانشی نشان می‌دهد که چطور نور این ستاره با کشش گرانشی بسیار زیاد سیاه‌چاله کشیده شده و طول موج آن بلندتر شده است. چنین پدیده‌ای با پیش‌بینی‌های نسبیت عام تطبیق دارد.

اُدل استراوب، اخترفیزیکدانی از رصدخانه پاریس، می‌گوید: آنچه که ما دیدیم را نمی‌توان با فیزیک نیوتونی توجیه کرد. شاید رصدهای بیشتر S2 پیش‌بینی‌های دیگر اینشتین را نیز تایید کند، مثلا چطور چرخش سیاه‌چاله به‌دور خود می‌تواند باعث کشیده شدن فضازمانِ اطراف آن شود.

آندره‌آ گِز، ستاره‌شناسی از دانشگاه کالیفرنیا در لس‌آنجلس و مدیر گروه رقیب که از داده‌های تلسکوپ کِک در هاوایی برای بررسی مسیر حرکت این ستاره به‌دور مرکز کهکشان استفاده می‌کند، می‌گوید: « داده‌ها‌ی آنها زیبا به‌نظر می‌رسد».

۱۶ سال طول کشید تا S2 یک دورِ کامل به‌دور سیاه‌چاله بزند، طوری که هر دو گروه مشتاقانه منتظر نزدیک‌ترین فاصله در این مسیر هستند. گِز می‌گوید گروهش قصد ندارد تا اواخر سال نتایج کار خود را منتشر کند. از سه رخداد مهمی که قرار است در سال ۲۰۱۸ اتفاق بیفتد، تاکنون فقط دو تای آنها رخ داده است.

S2 در آوریل (فروردین) به بیشینه سرعت خود از دید ناظر زمینی رسید. در ماه می (اردیبهشت)، به نزدیک‌ترین فاصله تا مرکز کهکشان رسید و در آگوست (مرداد) و اوایل سپتامبر (شهریور) به کمینه سرعت خود از دید ناظر زمینی خواهد رسید. گِز می‌گوید: برای ما ۲۰ سال طول می‌کشد تا دوباره این لحظه را ببینیم. تا پایان این مسیر منتظریم، آنچه باید انجام شود را به انجام برساند.

سومین رخداد، کُند شدن حرکت S2 در مسیر حرکت آن از دیدِ ناظرِ زمینی است که از مدتی قبل شروع شده است. و هر دو گروه آمریکایی و اروپایی آن را بادقت تماشا می‌کنند. گِز می‌گوید: به جاهای حساسی رسیده‌ایم که بسیار هیجان‌انگیز است.

منبع: https://www.nature.com/articles/d41586-018-05825-3