عبور یک ستاره از میان سیاهچاله در مرکز کهکشان: چالشی برای تئوری انیشتین

مدتی‌ است تلسکوپ ستاره‌شناسان در جهت ساجیتاریوس *A یا کمان ای* (*Sgr A)حفره‌ی سیاه عظیم مرکز کهکشان تنظیم شده است. دلیل این توجه وجود ستاره‌ای در نزدیکی این سیاه‌چاله است که نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین را به چالش می‌کشد.

ستاره‌ی موسوم به S0-2 یکی از ستاره‌های دسته‌ی S است (با ستاره‌های نوع S اشتباه گرفته نشود)، که در فاصله‌ی نزدیکی پیرامون ستاره‌ی *Sgr A می‌چرخد، جرم تقریبی این سیاهچاله ۴/۳ میلیون برابر خورشید است. اما S0-2  به یک دلیل ستاره‌ای خاص به شمار می‌رود . این ستاره یکی از دو ستاره‌ای است که در مدار بیضوی خود، در نزدیک‌ترین فاصله با حفره‌ی سیاه قرار می‌گیرد؛ یعنی آثار کشش جاذبه‌ای عظیم را در هر چرخش شانزده ساله بروز می‌دهد.

بر اساس نسبیت عام، نور تحت تأثیر میدان جاذبه‌ای قوی یا کشیده می‌شود یا طول موج آن بلندتر می‌شود. البته مدار هم دستخوش تغییر می‌شود، گرچه تغییر مسیر آن بسیار کند است. از آنجا که S0-2 در نزدیک‌ترین فاصله یعنی ۱۷ ساعت نوری با مرکز کهکشان قرار می‌گیرد (تقریبا چهار برابر فاصله‌ی بین خورشید و نپتون)، به‌اندازه‌ی ۳ درصد سرعت نور شتاب می‌گیرد، پژوهشگران گروه مرکزی کهکشانی UCLA با دقت به بررسی این تغییرها می‌پردازند. نظریه‌ی نسبیت عام یک بار دیگر در این پدیده اثبات می‌شود.

و اکنون به‌لطف یک بررسی جدید می‌توانیم انتقال به سرخ (reshift یا جا‌به‌جایی خطوط طیفی به سمت قرمز) را اندازه‌گیری کنیم. اما یک سؤال مطرح می‌شود، اگر S0-2 یک ستاره‌ی دوگانه یا باینری باشد چه اتفاقی رخ می‌دهد؟ اگر دو ستاره وجود داشته باشند چه خواهد شد؟ این نتیجه می‌تواند اندازه‌گیری‌های آینده را پیچیده کند.

بر اساس اولین تحلیل اسپکتروسکوپی (طیف‌نمایی) روی S0-2 و بررسی احتمال وجود دو ستاره، پژوهشگرها در نهایت نتیجه گرفتند که فقط یک ستاره وجود دارد که جرم آن هم تقریبا ۱۵ برابر جرم خورشید است. اگر هم این ستاره دارای یک ستاره‌ی همراه بوده باشد نیز جرمش به‌قدری کوچک است که اثر آن به سختی رصد می‌شود. به‌گفته‌ی توآندو، نایب‌رئیس گروه مرکزی کهکشانی:

این اولین اندازه‌گیری از نوع خود به شمار می‌رود. جاذبه یکی از نیروهای طبیعی آزمایش‌شده است. نظریه‌ی اینیشتین تمام تست‌ها را تا کنون با موفقیت پشت سر گذاشته است؛ بنابراین اگر انحرافی در اندازه‌گیری وجود داشته باشد، سؤال های زیادی در مورد ماهیت جاذبه به‌وجود خواهد آمد!

S0-2 تنها به‌خاطر مفاهیم مرتبط با نسبیت جذاب نیست،  بلکه کل خوشه‌ی ستاره‌های S ویژگی‌‌های عجیبی دارند. این ستاره‌ها بسیار جوان هستند؛ یعنی باید در محیطی نزدیک به *Sgr A شکل گرفته باشند، نیروهای جزرومدی حفره‌ی سیاه در این بخش‌ها می‌توانند بخش‌های تشکیل‌دهنده‌ی ستاره را از یکدیگر جدا کنند، بنابراین نحوه‌ی شکل‌گیری آن‌ها هنوز هم به‌صورت یک راز باقی مانده است. در نتیجه شاید سازوکار دیگری برای تشکیل ستاره‌ها وجود دارد که هنوز چیزی در مورد آن نمی‌دانیم.

پژوهشگرها از سال ۱۹۹۲ در حال رصد S0-2 هستند، آن‌ها موفق به رصد نزدیک‌ترین مدار آن به سیاهچاله شده‌اند. از این ستاره‌ به‌عنوان شاهدی برای وجود *Sgr A استفاده می‌شد؛ اما واسطه‌های اندازه‌گیری به‌کاررفته از حساسیت کافی برای رصد انتقال سرخ (reshift) جاذبه‌ای در نور ستاره، برخوردار نبوده‌اند

به گفته‌ی دیوید چو:

۱۶ سال است که منتظر چنین فرصتی هستیم، نسبت به رفتار ستاره در نزدیکی جاذبه‌ی حفره‌ی سیاه مضطرب هستیم. آیا S0-2 تابع نظریه‌ی نسبیت است یا قوانین فعلی فیزیک را به چالش می‌گیرد؟ هنوز برای رسیدن به پاسخ این سؤال زود است.

انتظار می‌رود S0-2 در اواسط سال ۲۰۱۸ از *Sgr A عبور کند.