ในปี 1915 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ได้สร้างทฤษฎี  “Gravitational redshift” ซึ่งอธิบายพฤติกรรมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยเฉพาะคลื่นแสงที่จะ “เลื่อนไปทางสเป็คตรัมสีแดง” เมื่อเข้าไปในสนามความโน้มถ่วงสูงๆ

การ “เลื่อนไปทางสเป็คตรัมสีแดง” หมายถึงการที่คลื่นแสงมีความยาวคลื่นเพิ่มขึ้น ความถี่ลดลง ถ้าเป็นแสงจากดาวฤกษ์ เราก็จะเห็นดาวนั้นเปลี่ยนจากสีเหลืองกลายเป็นสีแดง

ทฤษฎีนี้ถูกพิสูจน์เรื่อยมาเพื่อหาความถูกต้อง สิ่งที่นักฟิสิกส์พบว่าใช้ในการทดสอบสมมุติฐานได้ดีที่สุด คือดาวฤกษ์ดวงหนึ่งที่มีชื่อเรียกว่า S0-2 หรือสั้นๆว่า S2 ก็ได้

ดาวฤกษ์ S2 จะโคจรรอบหลุมดำมวลยวดยิ่ง “ซาจิทาเรียส เอ สตาร์” (Sagittarius A*) ที่ใจกลางกาแล็กซีของเราครบ 1 รอบทุกๆ 16 ปีโดยประมาณ

วงโคจรของ S2 รอบหลุมดำเป็นรูปวงรี มีบางช่วงที่ S2 จะอยู่ไกลจากหลุมดำมาก และมีบางช่วงที่เข้าใกล้ ทีมนักฟิสิกส์สังเกตวงโคจรของ S2 มาตั้งแต่ปี 1995 และพบว่ามันจะเข้าใกล้หลุมดำที่สุดในเดือนพฤษภาคม 2018 ที่ระยะ 120AU หรือ 17 ชั่วโมงแสง

จังหวะนั้นแรงโน้มถ่วงมหาศาลของหลุมดำมวลยิ่งยวด “ซาจิทาเรียส เอ สตาร์” ซึ่งมีมวลเท่ากับดวงอาทิตย์ 4 ล้านดวง จะเร่งให้ดาวฤกษ์ S2 มีความเร็วสูงขึ้นเป็นอย่างมาก โดยจะเหวี่ยงตัวผ่านรอบนอกของหลุมดำไปด้วยความเร็ว 25.7 ล้าน กม./ชม. หรือราว 3% ของความเร็วแสง (ดูคลิปประกอบ)

นอกจากความเร็วโคจรที่เพิ่มขึ้น แสงของดาวฤกษ์ S2 จะถูกแรงโน้มถวงมหาศาลของหลุมดำ “ยืด” ความยาวคลื่นออกไป ทำให้เกิดลักษณะที่จะ “เลื่อนไปทางสเป็คตรัมสีแดง” ให้เรามองเห็นดาวดวงนี้กลายเป็นสีแดง ตรงตามคำทำนาย ตรงตามทฤษฎี “Gravitational redshift” ที่อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์กล่าวไว้ตั้งแต่ปี 1915 ทุกประการ

ทีมงานคำนวนค่า ϒ = 0.88 ± 0.17 สอดคล้องกับสมการการเลื่อนไปทางสเป็คตรัมสีแดงอย่างถูกต้อง

ทีมงานยังนำข้อมูลจาก 3 ช่วงเวลาในปี 2018 ได้แก่ช่วงที่ดาวถูกเร่งความเร็วขึ้นสูงสุดในเดือนมีนาคม, ช่วงที่เข้าใกล้หลุมดำมากที่สุดในเดือนพฤษภาคม และช่วงที่ความเร็วต่ำสุดในเดือนกันยายน มาประมวลผลร่วมกับข้อมูลแบบเดียวกันของปี 1995-2017 ทำให้สามารถสร้างแบบจำลองสามมิติของวงโคจรดาว S2 ทั้งหมดได้ตามคลิปประกอบที่ 2

สรุปว่าสิ่งที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปได้ระบุเอาไว้เมื่อ 100 กว่าปีก่อน ยังคงถูกต้องอยู่เสมอ

ผลวิจัยตีพิมพ์ลงในวารสาร journal Science

เรียบเรียงโดย @MrVop