Πολλές εναλλακτικές θεωρίες βαρύτητας έχουν ονειρευτεί στο μπάνιο, ενώ περιμένουν ένα λεωφορείο - ή ίσως πάνω από ένα ελαφρύ ποτό ή δύο. Αυτές τις μέρες είναι δυνατό να καταρρίψετε (ή αλλιώς) τη δική σας θεωρία για τα κατοικίδια, προβλέποντας σε χαρτί τι θα συμβεί σε ένα αντικείμενο που βρίσκεται σε στενή τροχιά γύρω από μια μαύρη τρύπα - και στη συνέχεια να δοκιμάσετε αυτές τις προβλέψεις σε σχέση με τις παρατηρήσεις του S2 και ίσως άλλα αστέρια που βρίσκονται σε στενή τροχιά γύρω από την κεντρική υπερμεγέθη μαύρη τρύπα του γαλαξία μας - πιστεύεται ότι βρίσκονται στη ραδιοφωνική πηγή Τοξότης Α* .
Το S2, ένα φωτεινό άστρο φασματικής κατηγορίας Β, παρατηρείται στενά από το 1995, κατά τη διάρκεια του οποίου έχει συμπληρώσει μία τροχιά της μαύρης τρύπας, δεδομένου ότι η περίοδος τροχιάς του είναι μικρότερη από 16 χρόνια. Η τροχιακή δυναμική του S2 αναμένεται να διαφέρει από αυτό που θα προβλεπόταν από το Kepler's 3rdνόμος και ο νόμος της βαρύτητας του Νεύτωνα, κατά ένα ποσό που είναι τρεις τάξεις μεγέθους μεγαλύτερο από το ανώμαλο ποσό που φαίνεται στην τροχιά του Ερμή. Και στις περιπτώσεις του Ερμή και του S2, αυτά τα φαινομενικά ανώμαλα φαινόμενα προβλέπονται από τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν, ως αποτέλεσμα της καμπυλότητας του χωροχρόνου που προκαλείται από ένα κοντινό τεράστιο αντικείμενο - τον Ήλιο στην περίπτωση του Ερμή και τη μαύρη τρύπα στην περίπτωση του S2.
Το S2 ταξιδεύει με τροχιακή ταχύτητα περίπου 5.000 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο – που είναι σχεδόν το 2% της ταχύτητας του φωτός. Στην περίαψη (πλησιέστερο σημείο) της τροχιάς του, πιστεύεται ότι βρίσκεται σε απόσταση 5 δισεκατομμυρίων χιλιομέτρων από την ακτίνα Schwarzschild της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας, που είναι το όριο πέρα από το οποίο το φως δεν μπορεί πλέον να διαφύγει - και ένα σημείο που θα μπορούσαμε να θεωρήσουμε ως την επιφάνεια της μαύρης τρύπας. Η ακτίνα Schwarzschild της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας είναι περίπου η απόσταση από τον Ήλιο έως την τροχιά του Ερμή – και στην περίαψη, το S2 απέχει περίπου την ίδια απόσταση από τη μαύρη τρύπα με τον Πλούτωνα από τον Ήλιο.
Η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα εκτιμάται ότι έχει μάζα περίπου τεσσάρων εκατομμυρίων ηλιακών μαζών, που σημαίνει ότι μπορεί να έχει δειπνήσει πάνω σε πολλά εκατομμύρια αστέρια από τον σχηματισμό της στο πρώιμο σύμπαν - και που σημαίνει ότι το S2 καταφέρνει να κολλήσει στην ύπαρξη μόνο χάρη στην εκπληκτική του τροχιακή ταχύτητα – η οποία το κρατά να πέφτει γύρω, αντί να πέφτει μέσα στη μαύρη τρύπα. Για σύγκριση, ο Πλούτωνας παραμένει σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο διατηρώντας μια χαλαρή τροχιακή ταχύτητα σχεδόν 5 χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο.
Μερικές αστρομετρίες της τροχιάς του S2 γύρω από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα Τοξότης Α* στο κέντρο του Γαλαξία. Credit: Schödel et al (2002), δημοσιεύτηκε στο Nature.
Το λεπτομερές σύνολο δεδομένων της αστρομετρικής θέσης του S2 (δεξιά ανάταση και απόκλιση) αλλάζει με την πάροδο του χρόνου - και από εκεί, η ακτινική του ταχύτητα που υπολογίζεται σε διαφορετικά σημεία κατά μήκος της τροχιάς του - παρέχει την ευκαιρία να δοκιμαστούν θεωρητικές προβλέψεις έναντι παρατηρήσεων.
Για παράδειγμα, με αυτά τα δεδομένα, είναι δυνατό να παρακολουθήσετε διάφορα μη Κεπλεριανά και μη Νευτώνεια χαρακτηριστικά της τροχιάς του S2, όπως:
– τα αποτελέσματα της γενικής σχετικότητας (από ένα εξωτερικό πλαίσιο αναφοράς, τα ρολόγια αργούν και τα μήκη συστέλλονται σε ισχυρότερα πεδία βαρύτητας). Αυτά είναι χαρακτηριστικά που αναμένονται από την τροχιά ενός κλασικού Μαύρη τρύπα Schwarzschild ;
– η τετραπολική ροπή μάζας (ένας τρόπος υπολογισμού του γεγονότος ότι το βαρυτικό πεδίο ενός ουράνιου σώματος μπορεί να μην είναι αρκετά σφαιρικό λόγω της περιστροφής του). Αυτά είναι πρόσθετα χαρακτηριστικά που αναμένονται από την τροχιά μια μαύρη τρύπα Kerr – δηλαδή μια μαύρη τρύπα με περιστροφή. και
– σκοτεινή ύλη (η συμβατική φυσική προτείνει ότι ο γαλαξίας πρέπει να πετάξει χώρια δεδομένης της ταχύτητας με την οποία περιστρέφεται – οδηγώντας στο συμπέρασμα ότι υπάρχει περισσότερη μάζα από ό,τι φαίνεται).
Αλλά hey, αυτός είναι μόνο ένας τρόπος ερμηνείας των δεδομένων. Αν θέλετε να δοκιμάσετε μερικές εναλλακτικές θεωρίες - όπως, ας πούμε, την Ωκεανική Θεωρία Χορδών - Λοιπόν, εδώ είναι η ευκαιρία σας.
Περαιτέρω ανάγνωση:Iorio, L. (2010) Μακροπρόθεσμες κλασικές και γενικές σχετικιστικές επιδράσεις στις ακτινικές ταχύτητες των άστρων που περιστρέφονται γύρω από το Sgr A* .