Спостерігаючи за спотворенням випромінювання, яке випускає акреційний диск, що обертається навколо чорної діри, можна визначити, наскільки метрика діри близька до метрики Керра, передбачуваної Загальною теорією відносності. Група вчених з США, Китаю та Німеччини виконала такий аналіз для надмасивної чорної діри з галактики 1H0707-495 і показала, що вона дійсно добре описується метрикою Керра. Стаття опублікована в, препринт роботи викладений на сайті arXiv.org.
Загальна теорія відносності (ОТГ) добре перевірена для слабких гравітаційних полів - наприклад, для планет Сонячної системи або для подвійних пульсарів. У той же час, сильні гравітаційні поля вивчені набагато гірше. Оскільки деякі альтернативні теорії гравітації збігаються з ОТГ в межі слабких полів, але дають інші передбачення для сильних полів, вчених цікавить перевірка передбачення ОТГ в цій галузі.
Особливо сильні гравітаційні поля створюють чорні діри - настільки сильні, що світло не може вирватися з-під їх горизонту подій. Теорема про відсутність волосся гарантує, що єдиним стаціонарним рішенням для чорної діри, поміщеної в чотиримірний простір-час, є метрика Керра-Ньюмена (а оскільки більшість об'єктів у Всесвіті не заряджені, метрика Керра-Ньюмена переходить в метрику Керра). Точніше, стаціонарним, асимптотично плоским і регулярним поза горизонтом подій рішенням. Навколо такої діри може утворитися акреційний диск, фотони в якому будуть прискорюватися завдяки зворотному комптонівському розсіянню на електронах; крім того, атоми диска теж будуть випромінювати. Через гравітаційний червоний зсув і викривлення світла віддаленому спостерігачеві буде здаватися, що спектр випромінювання і форма випромінюючої області спотворюються. Вимірюючи ці спотворення, можна визначити, наскільки точно метрика навколо чорної діри збігається з метрикою Керра.
У цій статті група вчених під керівництвом Козімо Бамбі (Cosimo Bambi) вперше застосувала цей метод на реальних даних, зібраних для надмасивної чорної діри з галактики 1H0707-495. Раніше вони вже описували підхід, за допомогою якого можна визначити, наскільки добре метрика Керра описує такі чорні діри. У цьому підході вводиться певна модельна метрика, відхилення якої від керровської задаються набором параметрів, що визначаються зі спостережень. Якщо всі ці параметри виявляються близькими до нуля, модельна метрика відтворює метрику Керра. Перевагою цього підходу є незалежність від обраної альтернативної теорії гравітації. Тут вчені розглянули метрику Йохансена (Johannsen metric), в якій таким параметром служить ^ 13. Подробиці моделі можна знайти в додаткових матеріалах статті.
Потім вчені проаналізували дані, зібрані про надмасивну чорну діру телескопами XMM-Newton, NuSTAR і Swift. Аналіз дослідники виконали за допомогою програми RELXILL_NK, в якій вільними параметрами є момент імпульсу чорної діри ∗, параметр метрики ^ 13, кут нахилу диска і кілька інших величин. Дотримуючись статей 1 і 2, вчені розглянули три гіпотези, що пояснюють різні особливості спектру радіовипромінювання і застосовані до різних даних. У результаті вони отримали оцінки на параметр ^ 13 залежно від ∗, які можна побачити на малюнках. Лініями різних кольорів позначено оцінки, що відповідають різним рівням достовірності (68 відсотків для червоної, 90 для зеленої і 99 для синьої).
У підсумку вчені підсумовують, що з великою часткою ймовірності простір-час навколо чорної діри з галактики 1H0707-495 описується метрикою Керра, як і пророкує Загальна теорія відносності. Автори статті вважають, що розроблений ними підхід так само успішно можна буде застосувати для аналізу даних щодо інших чорних дір.
Загальна теорія відносності була сформульована ще на початку XX століття і отримала величезну кількість експериментальних підтверджень. Наприклад, у липні минулого року телескоп «Хаббл» зняв проходження білого карлика на тлі далекої зірки, в результаті якого зображення зірки змістилося відповідно до передбачень ОТГ. А в травні 2016 року японські астрономи підтвердили, що теорія Ейнштейна працює на червоних зміщеннях, великих одиниці. Тим не менш, деякі люди стверджують, що ОТГ не вірна - втім, їхні аргументи не викликають довіри.