Một khía cạnh chủ chốt của thuyết tương đối rộng Einstein vừa vượt qua được phép kiểm tra chặt chẽ nhất của nó từ trước đến nay. Một đội quốc tế dưới sự chỉ đạo của Tuan Do và Andrea Ghez tại Đại học California, Los Angeles đã xác nhận nguyên lí tương đương Einstein (EEP) bằng cách phân tích độ lệch đỏ của ánh sáng đến từ ngôi sao S0-2 tại điểm tiếp cận gần nhất của nó với Sagittarius A* - siêu lỗ đen tại tâm Ngân Hà. Nghiên cứu đã kết hợp hơn 20 năm đo đạc quang phổ và đo sao về S0-2 với các quan sát riêng của đội.
Kể từ khi Einstein lần đầu đề xuất thuyết tương đối rộng của ông vào năm 1915, ý tưởng ấy đã trụ vững qua nhiều phép kiểm tra thực nghiệm tỉ mỉ bởi việc giải thích hành trạng của các trường hấp dẫn trong hệ Mặt Trời, động lực học của các pulsar đôi, và sóng hấp dẫn do các sự kiện hợp nhất lỗ đen gây ra.
Vào năm 2018, nhóm hợp tác GRAVITY đã tiến hành một phép kiểm tra hết sức chặt chẽ - quan sát S0-2 tại điểm tiếp cận gần nhất của nó với Sagittarius A* trong quỹ đạo 16 năm của nó.
Hình minh họa S0-2 đi qua gần siêu lỗ đen tại tâm Ngân Hà
Đúng như trông đợi, các nhà thiên văn GRAVITY quan sát thấy một độ lệch đỏ tương đối tính đặc trưng ở ánh sáng đến từ S0-2. Độ lệch đỏ này là sự kéo dài bước sóng ánh sáng và phát sinh từ chuyển động của ngôi sao (hiệu ứng Doppler) lẫn EEP. EEP là hệ quả của thuyết tương đối rộng và nó dự đoán một sự lệch đỏ ở ánh sáng phát ra từ một nguồn ở trong một trường hấp dẫn mạnh, ví dụ như trường hấp dẫn của một siêu lỗ đen.
Nay trong một nghiên cứu hoàn toàn độc lập, đội của Do và Ghez vừa kiểm tra EEP bằng cách sử dụng ba thiết bị quang phổ nữa. Ba thiết bị này thu thập thêm ba tháng dữ liệu lệch đỏ ở những thời điểm tương tự với nghiên cứu GRAVITY. Các quan sát của họ bao gồm lần S0-2 tiếp cận gần nhất với Sagittarius A* vào tháng Năm 2018, vận tốc theo-đường-nhìn cực đại của nó vào tháng Ba, và vận tốc theo-đường-nhìn cực tiểu của nó vào tháng Chín; vận tốc xuyên tâm phân bố trên phạm vi 6.000 km/s.
Sau đó các nhà nghiên cứu kết hợp các quan sát của họ với dữ liệu lệch đỏ S0-2 do những người khác thu được trong các năm 1995-2017 – bao gồm các quan sát được thực hiện bởi tám thiết bị khác. Điều này cho phép họ kiểm tra sai lệch giữa các thiết bị, và tiến hành phân tích thêm về sai số hệ thống trong các nghiên cứu trước đây. Nói chung, dữ liệu của họ bao gồm 45 phép đo vị trí sao kéo dài trong 24 năm. Điều này cho phép đội lập bản đồ quỹ đạo S0-2, và 115 phép đo lệch đỏ kéo dài trong 18 năm – 11 trong số đó là các số đo mới của riêng đội.
Y hệt như thí nghiệm GRAVITY, các phép đo do Do, Ghez cùng các cộng sự thu được đều phù hợp với EEP, với phân tích thống kê cho thấy các lí thuyết Einstein giải thích độ lệch đỏ quan sát thấy của họ tốt hơn mô hình lực hấp dẫn Newton đến 43.000 lần. Như vậy, trong khi các vi phạm EEP đã được dự đoán bởi các lí thuyết sát nhập các hiệu ứng bao gồm lực hấp dẫn lượng tử và năng lượng tối, thì thuyết tương đối rộng vẫn đúng cho đến thời điểm hiện tại. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu vẫn nuôi hi vọng rằng với phân tích ngày càng chặt chẽ hơn, các lí thuyết Einstein sẽ sớm bắt đầu sụp đổ để đem lại một cái nhìn nhanh về nền vật lí mới.
Nghiên cứu công bố trên tạp chí Science.
Nguồn: physicsworld.com
