نسبیت عام توصیفی فوق‌العاده دقیق از گرانش ارائه می‌دهد، اما بیشتر محاسبات روزمره نیازی به آن ندارند. قانون گرانش عمومی نیوتون به اندازه کافی دقیق هست که فضاپیماها را در سراسر منظومه شمسی هدایت کند و حرکت بیشتر ستارگانی را که به دور کمان ای* (*Sag A) -سیاهچاله کلان‌جرم مرکز راه شیری- می‌چرخند، توصیف کند.
نظریه اینشتین پیش‌بینی‌هایی از پدیده‌هایی دارد که در نظریه نیوتون وجود ندارند؛ از جمله امواج گرانشی. با این حال، هر دو مدل در بسیاری از شرایط نتایج تقریباً یکسانی تولید می‌کنند. تمایز دادن نسبیت عام از سایر نظریه‌های نسبیتی گرانش حتی سخت‌تر است، زیرا پیش‌بینی‌های آن‌ها تنها در شرایط بسیار شدید با هم متفاوت می‌شود. ستاره‌ای که به‌تازگی شناسایی شده ممکن است فرصتی کمیاب برای آزمودن این مرزها فراهم کند.
ورود یک ستاره به قلمرو شدید گرانش
این ستاره S301 نامیده می‌شود، زیرا سیصد و یکمین عضو شناخته‌شده از «ستارگان S» (گروهی از ستارگان که به دور کمان *A می‌چرخند) است. S301 که جرم آن کمی بیشتر از خورشید است، هر ۸.۷ سال یک‌بار یک مدار کامل را طی می‌کند؛ این کوتاه‌ترین دوره مداری شناخته‌شده در میان تمام ستارگان S است و مسیری بسیار کشیده و بیضوی را دنبال می‌کند.
در نزدیک‌ترین فاصله، این ستاره از فاصله‌ای در حدود ۱۴۰ برابر شعاع کمان *A (معادل تقریباً ۲۴ واحد نجومی) عبور می‌کند. اگر کمان *A به جای خورشید قرار می‌گرفت، افق رویداد آن درست داخل مدار عطارد قرار می‌گرفت، در حالی که S301 در نزدیک‌ترین حالت خود، از میان مدارهای اورانوس و نپتون عبور می‌کرد. در آن نقطه، سرعت ستاره به بیش از ۸ درصد سرعت نور می‌رسد.
بزرگ‌نمایی جلوه‌های نسبیتی توسط مدار ستاره
این ویژگی‌ها S301 را به نسبیتی‌ترین ستاره‌ای که تاکنون مشاهده کرده‌ایم تبدیل می‌کند و به ما امکان می‌دهد برخی از مرزهای نسبیت عام را بیازماییم. به عنوان مثال، ما از قبل مشاهده کرده‌ایم که مدار S301 دچار «تقدّم» (پیشروی مداری یا Precession) می‌شود. ما پیش‌تر تقدّم مداری را در حرکت عطارد هم دیده‌بودیم که یکی از آزمایش‌های کلاسیک نسبیت عام بود. اما تقدّم عطارد بسیار ناچیز است؛ تفاوت حرکت بین پیش‌بینی اینشتین و نیوتون در هر چرخش، کمتر از زمان یک ضربان قلب انسان است. اما در مورد S301، حضیض مداری آن در هر چرخش حدود ۲ درجه پیشروی می‌کند.
این حرکت چنان شدید است که اثرات نسبیتی ثانویه نیز وارد بازی می‌شوند؛ برای مثال تغییرفرکانس گرانشی به سرخ (Gravitational Redshift) و اثر داپلر عرضی. ما این اثرات را در آزمایشگاه مشاهده کرده‌ایم، اما S301 این شانس را به ما می‌دهد که آن‌ها را در طبیعت بررسی کنیم. اما مهم‌تر از آن، با گذشت زمان می‌توانیم از S301 برای بررسی نظریه‌های جایگزین نسبیت عام استفاده کنیم.
تلسکوپ‌های آینده می‌توانند نظریه‌های عمیق‌تر را بیازمایند!
یکی از مشکلات بزرگ نسبیت عام این است که با نظریه کوانتوم سازگاری خوبی ندارد. چند مدل وجود دارند که سعی می‌کنند این دو را تلفیق کنند، اما آن‌ها تنها در حالت‌های بسیار شدید با نسبیت عام تفاوت دارند. برخی از این تفاوت‌ها ممکن است در سرعت‌های نسبیتی دیده شوند، چرا که اثرات آن‌ها از مرتبه 2(v/c) یا 3(v/c) است.
اثرات چرخش سیاهچاله و برهم‌کنش آن با چرخش ستاره نیز در همین مراتب از بزرگی وارد عمل می‌شوند. تلسکوپ‌های بزرگ آینده مانند «تلسکوپ غول‌پیکر ماژلان» (GMT) قادر خواهند بود طیف‌های S301 را با دقت کافی برای اندازه‌گیری اثرات مرتبه دوم و سوم مشاهده کنند.
با این حال، در حال حاضر رصد S301 همچنان یک چالش است. مرکز کهکشان ما در هاله‌ای از ابر و غبار پوشیده شده است، به این معنی که نمی‌توانیم آن را در نور مرئی مشاهده کنیم. از آنجا که S301 ستاره‌ای شبیه به خورشید است، حتی در طیف فروسرخ نیز چندان درخشان نیست. ما می‌توانیم حرکت آن را مشاهده کنیم، اما هنوز نمی‌توانیم داده‌های طیفی قابل توجهی از آن جمع‌آوری کنیم.
اما درست مانند همه چیزهای مربوط به نسبیت، این هم فقط مسئله زمان است.
منبع: Scitechdaily
