Движения звезд в центре Галактики использовали для проверки теории относительности

Траектории светил, обращающихся непосредственно вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, сделали основой для изучения теорий гравитации. Точное отслеживание положений источников позволило ограничить параметры моделей с гипотетическим пятым фундаментальным взаимодействием. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.

Общая теория относительности выдержала испытание временем, но исследователи все еще изучают альтернативные теории, пытаясь объединить силу гравитации с другими силами и объяснить наблюдения, связанные с темной материей и темной энергией. Многие из этих теорий включают в себя дополнительную силу за пределами четырех известных фундаментальных взаимодействий. Теперь Андреа Гез и Аурелиен Хес из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и их коллеги проанализировали орбиты звезд вокруг центра Млечного Пути, чтобы получить ограничения на такую пятую силу. Подобные ограничения были получены в случае слабых гравитационных полей, но это первый случай, когда модели с пятой силой были протестированы в сильном поле, таком как создаваемое сверхмассивной черной дырой в центре нашей Галактики.

Группа проанализировала собранные Обсерваторией Кек на Гавайях за 19 лет данные, описывающие динамику двух звезд S0-2 и S0-38, которые движутся вокруг центра Галактики с периодами 15,9 и 19,2 лет соответственно. Сопоставляя динамику звезд с моделью, которая включает пятую силу, авторы ограничили параметры, описывающие гипотетическое взаимодействие, в том числе расстояние, на котором оно действует, и его силу.

Установленные пределы менее жесткие, чем полученные ранее с использованием слабого гравитационного поля нашей Солнечной системы. Однако два фактора могут позволить точности этого теста превзойти точность предыдущих. Первое — наблюдение S0-2 в 2018 году, когда звезда будет находиться на самом ближайшем расстоянии от центра Галактики — точки, где любые отклонения от общей теории относительности должны быть наибольшими. Во-вторых, это введение в строй в течение ближайших лет чрезвычайно больших телескопов, которые позволят точнее измерять орбиты звезд.