1915年、アルバートアインシュタインは有名な一般相対性理論を発表し、重力を空間と時間の幾何学的特性として統一的に説明しました。この理論は現代の重力理論を生み出し、物理学に対する私たちの理解に革命をもたらしました。それから1世紀が経過しましたが、科学者たちは彼の理論の予測を裏付ける実験をまだ行っています。
国際的な天文学者のチーム（GRAVITYコラボレーションとして知られている）による最近の観測のおかげで、一般相対性理論の影響が初めて超大質量ブラックホール（SMBH）を使用して明らかにされました。これらの発見は、ヨーロッパ南天天文台（ESO）の機器を使用した、天の川（射手座A *）の中心でのSMBHの観測の26年間のキャンペーンの最高潮でした。
チームの調査結果を説明する研究が最近ジャーナルに掲載されました 天文学と天体物理学、「銀河中心の巨大なブラックホール近くの星S2の軌道における重力赤方偏移の検出」と題された。この研究は、ESOのRoberto Arbutoが主導し、GRAVITYコラボレーションのメンバーを含みました。これは、Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics（MPE）のReinhard Genzelが主導し、ヨーロッパの複数の大学や研究所の天文学者を含みます。
研究のために、チームはVLTの非常に敏感で高精度な機器によって収集されたデータに依存していました。これらには、GRAVITY天文学および干渉計機器、近赤外線（SINFONI）機器の積分フィールド観測用分光器、およびNasmyth Adaptive Optics System（NAOS）–近赤外線イメージャーおよび分光器（CONICA）機器が含まれ、これらは一緒にNACO。
これらの機器によって収集された新しい赤外線観測により、チームは、2018年5月に行われたブラックホールの前を通過する射手座A *を周回する星（S2）の1つを監視することができました。 、星はブラックホールから200億km（124億mi）未満の距離にあり、2500万km / h（1500万mph）を超える速度で移動していました。これは光速のほぼ3％です。 。
SINFONI装置が地球に向かう、または地球から離れるS2の速度を測定するために使用されたのに対し、VLT干渉計（VLTI）のGRAVITY装置は、軌道の形状を定義するために、S2の変化する位置を非常に正確に測定しました。その後、GRAVITY装置は、ブラックホールの近くを通過する際の星の動きを示す鮮明な画像を作成しました。
次に、チームは、位置と速度の測定値を、他の機器を使用してS2の以前の観測値と比較しました。次に、これらの結果をニュートンの普遍的な重力の法則、一般相対性理論、およびその他の重力理論によって行われた予測と比較しました。予想通り、新しい結果は、1世紀以上前のアインシュタインの予測と一致していました。
GRAVITYコラボレーションのリーダーであることに加えて、この論文の共著者でもあったラインハルトゲンゼルは、最近のESOプレスリリースで次のように説明しています。
「銀河中心のブラックホール周辺でS2の接近を観測したのは今回が2回目です。しかし今回は、計装が大幅に改善されたため、これまでにない解像度で星を観測することができました。このユニークな機会を最大限に利用して一般相対論的影響を観察したかったので、私たちはこのイベントのために数年にわたって熱心に準備してきました。」
VLTの新しい計器で観察したとき、チームは重力赤方偏移と呼ばれる効果に気づき、S2からの光がブラックホールに近づくにつれて色が変化しました。これは、ブラックホールの非常に強い重力場が原因で、星の光の波長が伸び、スペクトルの赤い端にシフトしました。
S2からの光の波長の変化は、アインシュタインの場の方程式が予測したものと正確に一致します。マックスプランク地球物理学研究所の研究者、重力の主任研究者、およびシンフォニスペクトログラフであり、研究の共著者であるフランクアイゼンハウアーは、次のように述べています。
“約2年前にS2とGRAVITYを初めて観測したところ、すでに理想的なブラックホールラボがあることが示されました。. ほとんどの画像でブラックホール周辺のかすかな輝きを検出することもできました。その結果、軌道上で星を正確に追跡でき、最終的にS2のスペクトルで重力の赤方偏移が検出されました。”
アインシュタインの予測を裏付ける他のテストが行われたのに対して、超相対論の影響が超大質量ブラックホールの周りの星の動きで観察されたのはこれが初めてです。この点で、アインシュタインは、これまでで最も極端な研究室を使用して、もう一度正しく証明されました！さらに、相対論的影響を含むテストは、時間と空間にわたって一貫した結果を提供できることが確認されました。
ESOのシステムエンジニアリング部門の責任者であるFrançoiseDelplanckeは、次のように述べています。 「したがって、天文学では、重力場が非常に強い場所でもこれらの法律が依然として有効であることを確認することが非常に重要です。」
近い将来、S2がブラックホールから離れると、別の相対論的テストが可能になるでしょう。これはシュヴァルツシルト歳差運動として知られており、星はその軌道で小さな回転を経験することが期待されています。 GRAVITYコラボレーションは、S2を監視してこの影響も観察する予定です。この場合も、VLTの非常に正確で高感度な計測器に依存しています。
ザビエルバルコンズ（ESOの事務局長）が示したように、この成果は、GRAVITYのコラボレーションに代表される国際協力の精神と、ESOの開発に役立つツールのおかげで可能になりました。
「ESOは、四半世紀以上にわたってESO加盟国のラインハルトゲンゼルと彼のチームおよび協力者と協力してきました。これらの非常にデリケートな測定を行うために必要な独自の強力な機器を開発し、それらをParanalのVLTに展開することは、大きな課題でした。本日発表された発見は、驚くべきパートナーシップの非常にエキサイティングな結果です。」
そして、ESOの好意により、GRAVITYコラボレーションの成功したテストのこのビデオを必ずチェックしてください。
