Banyak teori gravitasi alternatif telah bermimpi di kamar mandi, sambil menunggu bus - atau mungkin lebih dari satu atau dua minuman ringan. Hari-hari ini adalah mungkin untuk menghilangkan prasangka (atau sebaliknya) teori hewan peliharaan Anda sendiri dengan memprediksi di atas kertas apa yang akan terjadi pada objek yang mengorbit lubang hitam - dan kemudian menguji prediksi tersebut terhadap pengamatan S2 dan mungkin bintang lain yang mengorbit dekat kita. lubang hitam supermasif pusat galaksi - diduga terletak di sumber radio Sagitarius A *.
S2, bintang kelas spektral B yang terang, telah diamati dengan cermat sejak 1995 selama waktu itu ia telah menyelesaikan lebih dari satu orbit lubang hitam, mengingat periode orbitnya kurang dari 16 tahun. Dinamika orbital S2 dapat diharapkan berbeda dari apa yang diprediksi oleh Kepler's 3rd hukum dan hukum gravitasi Newton, dengan jumlah yang tiga kali lipat lebih besar dari jumlah anomali yang terlihat di orbit Merkurius. Dalam kedua kasus Merkurius dan S2, efek yang tampaknya anomali ini diprediksi oleh teori relativitas umum Einstein, sebagai akibat dari kelengkungan ruangwaktu yang disebabkan oleh objek masif di dekatnya - Matahari dalam kasus Merkurius dan lubang hitam dalam kasus S2.
S2 berjalan pada kecepatan orbit sekitar 5.000 kilometer per detik - yang hampir 2% dari kecepatan cahaya. Pada periapsis (titik terdekat) dari orbitnya, diperkirakan berada dalam jarak 5 miliar kilometer dari jari-jari Schwarzschild dari lubang hitam supermasif, menjadi batas di mana cahaya tidak dapat lagi lepas - dan suatu titik yang mungkin kita anggap longgar sebagai permukaan lubang hitam. Radius lubang hitam supermasif Schwarzschild kira-kira berjarak dari Matahari ke orbit Merkurius - dan pada periapsis, S2 kira-kira berjarak sama dari lubang hitam karena Pluto berasal dari Matahari.
Lubang hitam supermasif diperkirakan memiliki massa sekitar empat juta massa matahari, yang berarti bahwa ia mungkin telah memakan beberapa juta bintang sejak pembentukannya di alam semesta awal - dan artinya S2 hanya mampu bertahan pada keberadaannya berdasarkan sifatnya yang menakjubkan. kecepatan orbital - yang membuatnya jatuh, bukannya jatuh ke dalam, lubang hitam. Sebagai perbandingan, Pluto tetap berada di orbit di sekitar Matahari dengan mempertahankan kecepatan orbit santai hampir 5 kilometer per detik.
Rangkaian data terperinci dari posisi astrometrik S2 (kenaikan dan deklinasi kanan) berubah seiring waktu - dan dari sana, kecepatan radialnya dihitung pada titik yang berbeda di sepanjang orbitnya - memberikan kesempatan untuk menguji prediksi teoritis terhadap pengamatan.
Misalnya, dengan data ini, dimungkinkan untuk melacak berbagai fitur non-Keplerian dan non-Newtonian dari orbit S2 termasuk:
- efek relativitas umum (dari kerangka referensi eksternal, jam lambat dan kontrak panjang di bidang gravitasi yang lebih kuat). Ini adalah fitur yang diharapkan dari mengorbit lubang hitam Schwarzschild klasik;
- momen massa quadrapole (cara menghitung fakta bahwa medan gravitasi benda langit mungkin tidak terlalu bulat karena rotasinya). Ini adalah fitur tambahan yang diharapkan dari mengorbit lubang hitam Kerr - yaitu lubang hitam dengan putaran; dan
- materi gelap (fisika konvensional menunjukkan bahwa galaksi harus terbang terpisah mengingat kecepatannya berputar - mengarah pada kesimpulan bahwa ada lebih banyak massa daripada yang terlihat).
Tapi hei, itu hanya satu cara menafsirkan data. Jika Anda ingin menguji beberapa teori alternatif - seperti, katakanlah Oceanic String Space Theory - yah, inilah kesempatan Anda.
Bacaan lebih lanjut: Iorio, L. (2010) Efek relativistik klasik dan umum jangka panjang pada kecepatan radial bintang yang mengorbit Sgr A *.
