Астрономы нашли звезду S301 — ближайшую и самую быструю из известных вокруг чёрной дыры в центре Галактики
Она несётся со скоростью свыше 25 000 км/с — более 8% скорости света
Полный оборот занимает всего 8,7 года, а в перицентре звезда подходит на расстояние Земля — Сатурн
Наблюдения за ней позволят впервые напрямую измерить вращение сверхмассивной чёрной дыры
Млечный Путь удерживает сверхмассивная чёрная дыра по имени Стрелец A* с массой более чем в четыре миллиона солнечных. Она влияет на всё в своих космических окрестностях, но астрономы обнаружили одного конкретного пленника, способного приоткрыть некоторые из самых глубоких и запутанных представлений о Вселенной.
Источник изображения — popsci.com
Как описано в исследовании, опубликованном в журнале Nature, звезда под названием S301 находится настолько близко к Стрельцу A*, что несётся вокруг него со скоростью свыше 25 000 километров в секунду. Обстоятельства настолько необычны, что астрофизики назвали объект беспрецедентным.
Орбита длиной в 8,7 года
«Особенность этой звезды в том, что она обращается вокруг Стрельца A* по очень тесной орбите, совершая полный оборот всего за 8,7 года, и подходит к чёрной дыре на расстояние всего в 12 раз больше, чем от Земли до Солнца», — пояснил соавтор работы, астрофизик Института внеземной физики Общества Макса Планка Феликс Манг.
В момент наибольшего сближения S301 оказывается примерно на дистанции от Земли до Сатурна. Это делает её не только ближайшей из когда-либо наблюдавшихся к Стрельцу A* звёзд, но и самой быстрой: на своей орбите она разгоняется до скоростей, в 100 000 раз превышающих скорость пассажирского авиалайнера, — более 8% скорости света.
«Поскольку S301 обращается так близко, она открывает новое окно к фундаментальным свойствам пространства-времени в этой экстремальной среде чёрной дыры», — объяснил соавтор исследования Райнхард Генцель, лауреат Нобелевской премии по физике 2020 года.
Как вообще удалось её разглядеть
Звезда в два миллиарда раз слабее Бетельгейзе и различима исключительно благодаря интерферометру Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории (VLTI) в Чили.
Для наблюдений астрономы использовали инструмент GRAVITY+ вместе с интерферометром: он объединяет свет четырёх восьмиметровых телескопов, создавая виртуальный составной инструмент с разрешающей способностью в 15 раз выше, чем у одиночного телескопа.
Стоит понимать, насколько это тонкая работа. Центр Галактики скрыт от нас плотными облаками пыли, поэтому в видимом свете он попросту не наблюдаем — работать приходится в инфракрасном диапазоне. А чтобы разделить отдельные звёзды в такой тесноте, нужен именно интерферометр: он использует расстояние между разнесёнными телескопами как эффективный диаметр зеркала, и в этом смысле никакой одиночный телескоп его заменить не может.
Звезда, у которой отняли напарника
Команда впервые заметила новую звезду в 2023 году и с тех пор отслеживала её, уточняя параметры орбиты. Собранные данные позволили ретроспективно восстановить историю её движения вплоть до 2017 года: выяснилось, что предыдущее максимальное сближение со Стрельцом A* произошло всего за несколько месяцев до открытия.
Судя по всему, S301 начинала жизнь в составе двойной системы, разорванной приливными силами сверхмассивной чёрной дыры. Одну звезду это заперло на нынешней тесной орбите, а её спутник, вероятно, был выброшен с такой чудовищной скоростью, что покинул Млечный Путь целиком. Механизм этот известен: именно так объясняют существование «убегающих» звёзд, летящих сквозь галактику по гиперболическим траекториям.
Источник изображения — popsci.com
Проверка Эйнштейна: эффект увлечения пространства-времени
Более глубокое понимание самой S301 может привести к дополнительным прорывам — прежде всего в изучении Стрельца A*. Исследователи давно предполагают, что чёрная дыра вращается, как и большинство других объектов во Вселенной.
Общая теория относительности Эйнштейна предсказывает, что вращающаяся чёрная дыра увлекает за собой пространство-время, закручивая его, — это явление известно как эффект Лензе-Тирринга. Гипотетически оно должно сказываться именно на близких звёздах вроде S301: их орбиты будут медленно разворачиваться в пространстве.
До открытия этой звезды астрономы полагали, что для измерения вращения чёрной дыры понадобятся десятилетия наблюдений за несколькими другими объектами. S301 способна сократить этот срок до одного десятилетия.
«Впервые мы действительно смогли бы измерить вращение массивной чёрной дыры напрямую, а это ключевая проверка теории Эйнштейна», — говорит астроном Штефан Гиллессен, соавтор работы. «Это была бы сбывшаяся мечта», — добавляет Манг.
Почему это важно за пределами узкого круга специалистов? Общая теория относительности проверена в Солнечной системе с исключительной точностью, но именно у горизонта событий сверхмассивной чёрной дыры гравитация проявляется в самом крайнем из доступных наблюдению режимов. Если теория где-то и даст сбой — а его ищут десятилетиями, поскольку с квантовой механикой она до сих пор не согласована, — то именно здесь. S301 фактически превращает центр Галактики в естественную лабораторию, куда не нужно ничего запускать: достаточно терпеливо наблюдать десять лет подряд.
