พบดาวฤกษ์โคจรแบบหมุนควงรอบหลุมดำ ตรงตามที่ทฤษฎีของไอน์สไตน์ทำนายไว้

แม้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป (GR) ของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ จะมีอายุเกินกว่าหนึ่งศตวรรษมาแล้ว แต่ยังคงทนทานต่อการพิสูจน์ในแง่มุมต่าง ๆ โดยล่าสุดมีการค้นพบว่า ดาวฤกษ์ที่โคจรรอบหลุมดำมวลยิ่งยวด มีวิถีการโคจรแบบหมุนควงคล้ายกับการหมุนของลูกข่าง หรือคล้ายภาพดอกไม้ที่วาดด้วยไม้บรรทัดเรขาคณิต ซึ่งตรงตามที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปได้ทำนายเอาไว้ก่อนแล้ว

ทีมนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์นานาชาติของยุโรป ภายใต้โครงการความร่วมมือ GRAVITY Collaboration ซึ่งนำโดยสถาบันมักซ์พลังก์เพื่อการศึกษาฟิสิกส์นอกโลก (MPE) ในเยอรมนี ตีพิมพ์รายงานการค้นพบดังกล่าวในวารสาร Astronomy & Astrophysics โดยชี้ว่าปรากฏการณ์ที่ค้นพบดังกล่าว ถือเป็นการพิสูจน์ทดลองอีกครั้งหนึ่งที่แสดงให้เห็นว่าทฤษฎีของไอน์สไตน์นั้นถูกต้อง

ทีมวิจัยติดตามศึกษาดาวฤกษ์ S2 ซึ่งโคจรเข้าใกล้หลุมดำมวลยิ่งยวด Sagittarius A* ที่ใจกลางกาแล็กซีทางช้างเผือกทุก 16 ปี โดยผลการวิเคราะห์ข้อมูลที่บันทึกไว้ระหว่างปี 1992-2019 หรือ 27 ปีที่ผ่านมาชี้ว่า วิถีการโคจรของ S2 นั้นไม่คงที่ในทุกรอบ แต่จะเคลื่อนไปจากระนาบเดิมในลักษณะที่เรียกว่า “การหมุนควงชวาร์ซชิลด์” (Schwarzschild precession)

การหมุนควงในทางฟิสิกส์ คือการหมุนของวัตถุรอบแกนหมุนของตัวเอง โดยปลายหนึ่งของแกนหมุนเป็นจุดตรึง และอีกปลายหนึ่งหมุนรอบแกนตรึงอีกแกนหนึ่ง ซึ่งการหมุนควงชวาร์ซชิลด์ของวัตถุอวกาศนั้น สามารถคำนวณได้จากสมการของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป

วิถีโคจรที่แปลกประหลาดดังกล่าวเกิดขึ้น ในสภาวะที่ดาวฤกษ์ตกอยู่ใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงมหาศาลจากหลุมดำมวลยิ่งยวด โดยการเคลื่อนที่ของดาวฤกษ์ S2 จะเกิดความเปลี่ยนแปลงขณะเข้าใกล้หลุมดำมากที่สุด ในระยะ 17 ชั่วโมงแสง ทั้งยังถูกแรงโน้มถ่วงของหลุมดำเร่งให้มีความเร็วเพิ่มขึ้นเกือบ 3% ของความเร็วแสงขณะเฉียดเข้าใกล้ จนดูเหมือนว่ามันถูกหลุมดำเหวี่ยงออกไปอย่างแรงด้วย

“นักวิทยาศาสตร์สังเกตเห็นปรากฏการณ์นี้ครั้งแรก ขณะศึกษาการโคจรของดาวพุธรอบดวงอาทิตย์ และในอีกหนึ่งร้อยปีต่อมา เราก็ได้พบกับปรากฏการณ์แบบเดียวกันอีกที่ใจกลางดาราจักรของเรา” ดร. ไรน์ฮาร์ด เกนเซล หนึ่งในทีมผู้วิจัยจากสถาบัน MPE กล่าว

นอกจากจะช่วยพิสูจน์ความเป็นอัจฉริยะของไอน์สไตน์แล้ว ข้อมูลจากวิถีการหมุนควงของดาวฤกษ์ S2 ยังช่วยให้สามารถคำนวณหามวลของหลุมดำ Sagittarius A* จากสมการของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปได้อย่างแม่นยำอีกด้วย โดยการคำนวณล่าสุดยืนยันว่า หลุมดำมวลยิ่งยวดที่ใจกลางดาราจักรของเรามีมวลราว 4 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์