Звезда S301 летит со скоростью 8% от скорости света вокруг черной дыры в Млечном Пути

Астрономы обнаружили самую быструю известную звезду в Млечном Пути — тусклый объект S301, который вращается вокруг сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики. При прохождении ближайшей точки к Стрельцу A* звезда достигает скорости примерно 25 000 километров в секунду, или чуть более 8% от скорости света.

Открытие представлено в журнале «Nature». Ученые полагают, что необычайно близкая орбита S301 может впервые позволить напрямую измерить вращение Стрельца A* — черной дыры с массой примерно в 4 млн раз больше массы Солнца.

Самая тесная известная орбита

S301 совершает полный оборот вокруг Стрельца A* за 8,7 года. Это самый короткий известный орбитальный период звезды вокруг центральной черной дыры Млечного Пути.

Ее орбита сильно вытянута. В ближайшей точке звезда приближается на расстояние, равное примерно 11,5–12 расстояниям от Земли до Солнца. Это приблизительно равно расстоянию от Солнца до Сатурна и примерно в десять раз ближе, чем у предыдущей ключевой звезды для подобных наблюдений — S2.

В этот момент S301 движется со скоростью около 25 000 км/с. Это более чем в 100 000 раз быстрее типичной крейсерской скорости пассажирского самолета.

«Мы обнаружили звезду, которая сразу привлекла наше внимание, потому что ее орбита проходит невероятно близко к Стрельцу A*. Это звезда, которая подходит к Стрельцу A* ближе всех из известных на данный момент», — заявил соавтор исследования Штефан Гиллессен из Института внеземной физики Общества Макса Планка.

Наблюдения с помощью VLT в Чили

Команда засекла S301 в 2023 году с помощью инструмента «GRAVITY» на Очень большом телескопе (VLT) Европейской южной обсерватории в Чили. Система объединяет свет от четырех телескопов с зеркалами диаметром 8,2 метра, что позволяет проводить чрезвычайно точные наблюдения центра Млечного Пути на расстоянии около 27 000 световых лет от Земли.

После почти двух лет дополнительных наблюдений астрономы подтвердили орбиту. Архивные данные позволили им проследить положение звезды вплоть до 2017 года.

Как S301 может измерить вращение

Черные дыры искривляют пространство-время своей гравитацией. Если черная дыра вращается, она дополнительно увлекает пространство-время вокруг себя — явление, известное как «увлечение инерциальных систем отсчета» или эффект Лензе — Тирринга.

Поскольку S301 глубоко погружается в гравитационное поле Стрельца A*, вращение черной дыры должно постепенно смещать ее орбиту. Это небольшое, но измеримое отклонение позволит вычислить скорость вращения.

«Впервые мы сможем по-настоящему напрямую измерить вращение массивной черной дыры, что станет ключевой проверкой теории Эйнштейна», — сказал Гиллессен.

Астрофизик Эрин Кара из Массачусетского технологического института, не участвовавшая в исследовании, охарактеризовала результат как «по-настоящему захватывающий» и заявила, что он «закладывает основу для подобных беспрецедентных измерений черных дыр в ближайшее десятилетие».

Следующий ключевой момент — 2031 год

Следующее ближайшее прохождение S301 мимо Стрельца A* ожидается в конце 2031 года. Модели команды показывают, что около десяти лет регулярных наблюдений могут позволить провести достаточно точное измерение, чтобы отличить быстро вращающуюся черную дыру от практически не вращающейся.

В долгосрочной перспективе ученые надеются измерить квадрупольный момент Стрельца A*. Это позволило бы проверить так называемую «теорему об отсутствии волос» — идею о том, что незаряженная черная дыра полностью описывается только своей массой и вращением.

«Мы продолжим наблюдать за движением этого объекта вокруг черной дыры, и через десять или пятнадцать лет мы, вероятно, поймем, как вращается черная дыра», — сказал Гиллессен.