Potwierdzenie teorii względności

Jak informuje rzecznik Uniwersytetu Jagiellońskiego Katarzyna Pilitowska, współautorem publikacji jest prof. dr hab. Stanisław Zoła. Profesor tłumaczy znaczenie odkrycia i wyjaśnia, na czym polegały prace polskich astronomów, którzy włączyli się do obserwacji we wrześniu 2006 roku i uzyskali znaczącą część danych.

Układ czarnych dziur znaleziono w kwazarze o nazwie OJ287, będącym w odległości około 3.5 miliarda lat świetlnych od Ziemi, w gwiazdozbiorze Raka. Zmienność optyczną wykazuje wiele obiektów tego typu, ale w OJ287 jako jedynym, ma ona charakter okresowy. Oprócz normalnej aktywności optycznej, co 12 lat obserwuje się podwójne pojaśnienia. Ta osobliwość doprowadziła do wysunięcia w 1988 roku hipotezy, że w ten kwazar zawiera nie jedną a dwie czarne dziury i zaproponowania modelu umożliwiającego przewidywanie kolejnych pików pojaśnień.

Obserwowano je w latach 1994/95 oraz w 2005 roku (pierwszy z ostatniej pary) dodatkowo uściślając model. Testem dla tego poprawionego modelu miał być drugi z pików przewidywany na 13 września 2007 roku. Prawdziwą trudnością było to, że OJ287 w lecie jest w koniunkcji ze Słońcem i niemożliwe są jego obserwacje. Dodatkowo, naziemne obserwacje optyczne uzależnione są od dobrej pogody.

Z tego powodu, do zweryfikowania modelu astronomowie z 10 krajów wzięli udział w kampanii obserwacyjnej tego obiektu. Codzienne obserwacje zaczynano w Japonii, później w Chinach, a następnie włączały się teleskopy w Turcji, Grecji, Finlandii, Polsce, Wielkiej Brytanii i Hiszpanii. Obserwacje w Polsce były wykonywane w Obserwatorium Akademii Pedagogicznej na Suhorze w Gorcach oraz w Obserwatorium Astronomicznym UJ w Krakowie.

Kampania obserwacyjna zakończyła się sukcesem, w krytycznym okresie wrzesień-październik 2007 wykonano ponad 100 pomiarów kwazara. Wzrost jasności zaobserwowano zgodnie z przewidywaniami teoretycznymi: 13 września (!). Poprzez porównanie jego kształtu z wcześniej obserwowanymi, oraz na podstawie pomiarów polarymetrycznych wykonanych największymi instrumentami biorącymi udział w kampanii: 2.5m teleskopami w Hiszpanii (Caral Alto i La Palma), jednoznacznie go zidentyfikowano potwierdzając hipotezę układu 2 czarnych dziur. Znaczący wkład w obserwacje mieli także astronomowie amatorzy.

Znaczenie tego odkrycia, oprócz znalezienia pierwszego, tak masywnego układu czarnych dziur, to także fakt, że możliwe stało się bezpośrednie wyznaczenie mas czarnych dziur, składników systemu: 18 miliardów i 100 milionów mas Słońca. Wyznaczenie mas pojedynczych czarnych dziur w centrach kwazarów jest zwykle obarczone dużym błędem.

Ponadto, odkryty układ umożliwia testowanie ogólnej teorii względności w obecności bardzo silnych pól grawitacyjnych, nigdy wcześniej nie wykonanych.

Wcześniejsze testy wykonywano tylko dla znacznie słabszych pól grawitacyjnych gwiazdowych czarnych dziur. Policzone czasy przyjścia pulsu zgadzają się z teorią Einsteina z dokładnością około 10 proc., która może być jeszcze uściślona w wyniku następnych obserwacji OJ287, najbliższy wybuch przewidywany jest na styczeń 2016 roku.

Przy okazji, wyniki tych badań pokazują, że układ ten traci energię w wyniku emisji fal grawitacyjnych, także zgodnie z teorią względności. Mimo, że obecnie nie jesteśmy w stanie fal grawitacyjnych zaobserwować bezpośrednio, ponieważ ich emisja z OJ287 jest najwyższą obecnie przewidywaną, OJ287 może stać się pierwszym celem takich obserwacji w przyszłości. Być może w 2016 roku, oprócz pojaśnień optycznych, także fale grawitacyjne z tego układu będą mogły być bezpośrednio zaobserwowane, np. w planowanym eksperymencie LISA.

Źródło: http://www.naukawpolsce.pl