Lần đầu tiên, các nhà thiên văn học quan sát thấy một ngôi sao quay quanh hố đen siêu lớn ở trung tâm Dải Ngân hà của chúng ta. Và ngôi sao đang "nhảy múa" theo giai điệu như đúng dự đoán trong thuyết tương đối của Albert Einstein đã công bố năm 1916.
Việc quan sát các ngôi sao được thực hiện bởi các nhà thiên văn học thông qua Kính viễn vọng rất lớn của Đài thiên văn Nam châu Âu trên sa mạc Atacama - Chile. Họ thấy rằng quỹ đạo của ngôi sao có hình dạng như một bông hồng chứ không phải là hình elip như dự đoán của Isaac Newton trong thuyết hấp dẫn. Quỹ đọa nhảy múa này đã một lần nữa chứng minh tính chính xác thuyết tương đối của Einstein.
"Thuyết tương đối của Einstein dự đoán rằng quỹ đạo bị ràng buộc của một vật thể xung quanh một vật thể khác không bị đóng lại như trong lực hấp dẫn của Newton, mà là điều kiện tiên quyết trong mặt phẳng chuyển động.", Giáo sư, Tiến sĩ Reinhard Genzel, giám đốc Viện Vật lý ngoài Trái Đất Max Planck ở Garched, Đức cho biết.
Hiệu ứng đặc biệt
Mô phỏng này cho thấy quỹ đạo của các ngôi sao rất gần với hố đen siêu lớn ở trung tâm dải Ngân hà.
"Hiệu ứng nổi tiếng này lần đầu tiên được nhìn thấy trên quỹ đạo của Sao Thủy quanh Mặt Trời, là bằng chứng đầu tiên ủng hộ thuyết tương đối của Einstein", Giáo sư Genzel nói. "Một trăm năm sau, chúng ta đã phát hiện ra hiệu ứng tương tự trong chuyển động của một ngôi sao quay quanh nguồn vô tuyến Sagittarius A* (một nguồn phát sóng vô tuyến thiên văn rất mạnh tại trung tâm của dải Ngân Hà, gần các chòm sao Nhân Mã và Thiên Yết). Bước đột phá quan sát này củng cố bằng chứng rằng Sagittarius A* phải là một hố đen siêu lớn gấp 4 triệu lần khối lượng Mặt Trời."
Sagittarius A* là một hố đen siêu lớn ở trung tâm thiên hà của chúng ta với khoảng cách 26.000 năm ánh sáng từ Mặt Trời. Hệ Mặt Trời của chúng ta tồn tại ở rìa của một trong những nhánh xoắn ốc khổng lồ của dải Ngân hà.
Một hệ thống những ngôi sao dày đặc có thể được tìm thấy xung quanh hố đen. Một trong số đó là ngôi sao S2, như trong quan sát này, đã đi qua hố đen cách nó khoảng 20 tỷ km. Đây là một trong những ngôi sao gần nhất được tìm thấy quay quanh hố đen. Khi nó ở gần hố đen, ngôi sao di chuyển với tốc độ bằng 3% tốc độ ánh sáng, nghĩa là phải mất 16 năm để ngôi sao hoàn thành một quỹ đạo quanh hố đen.
"Sau khi theo dõi ngôi sao trên quỹ đạo của nó trong 27 năm, các phép đo của chúng tôi đã khẳng định tính chính xác suy đoán của Schwarzschild, nhà vật lý học người Đức, về ngôi sao S2 quanh Sagittarius A*", phát biểu của Tiến sĩ Stefan Gillessen, người chịu trách nhiệm phân tích các phép đo tại Viện Vật lý ngoài Trái Đất Max Planck.
Các quỹ đạo thường không phải là vòng tròn hoàn hảo. Thay vào đó, các vật thể di chuyển gần hơn hoặc xa hơn trong quá trình quay. Quỹ đạo của S2 quanh hố đen thay đổi mỗi lần giúp tạo ra hình dạng hoa hồng. Và thuyết tương đối của Einstein chỉ ra rằng quỹ đạo đó thay đổi bao nhiêu.
Một hình ảnh rõ ràng hơn
Thuyết tương đối của Einstein cũng cho phép chúng ta hiểu thêm về các khu vực chung ở trung tâm của Thiên hà, điều mà chúng ta khó có thể nhìn thấy do bị mây và bụi trong thiên hà che mờ.
Các quan sát ngôi sao này trong khoảng thời gian 27 năm đủ để thuyết phục những ai còn nghi ngờ tính chính xác của thuyết tương đối và kết quả của nghiên cứu này. Một đội nghiên cứu khác trước đó cũng đã báo cáo về cách ngôi sao phát ánh sáng khi đến gần hố đen.
Nhà nghiên cứu Paulo Garcia, đồng tác giả, đang làm việc tại Trung tâm Vật lý thiên văn và Trọng lực Bồ Đào Nha cho biết: "Kết quả trước đây của chúng tôi đã chỉ ra rằng ánh sáng phát ra từ ngôi sao tuân theo thuyết tương đối của Einstein. Và bây giờ, chúng tôi đã cho thấy chính ngôi sao đang cảm nhận được ảnh hưởng của thuyết tương đối."
Các kính viễn vọng trong tương lai, như Kính viễn vọng cực lớn của Đài thiên văn Nam châu Âu, sẽ cho phép quan sát các ngôi sao mờ hơn khi di chuyển gần đến lỗ đen.
"Nếu chúng ta may mắn, chúng ta có thể chụp được những ngôi sao đủ gần để cảm nhận được sự quay quanh lỗ đen của chúng", Andreas Eckart, đồng tác giả nghiên cứu và nhà khoa học chính của dự án từ Đại học Cologne ở Đức cho biết. "Và đó sẽ là một mức độ thử nghiệm hoàn toàn khác."
Nghiên cứu được công bố vào ngày 16/4 trên tạp chí Astronomy & Astrophysics.