Астрономи виявили тьмяну зірку, яка рухається навколо надмасивної чорної діри Стрілець A* у центрі Чумацького Шляху на найтіснішій та найекстремальнішій орбіті з усіх відомих. За оцінками дослідників, саме ця зірка, позначена як S301, може вперше дозволити безпосередньо виміряти обертання нашої центральної чорної діри, повідомляє Sci.News.
Стрілець A* розташований на відстані близько 8 300 парсеків від нас і має масу приблизно 4,3 мільйона сонячних. Зорі, що обертаються поруч, слугують своєрідними «тестовими частинками», за рухом яких можна досліджувати гравітаційне поле чорної діри.
Найтісніша орбіта навколо Стрільця A*
Зірку S301 вперше помітили навесні 2023 року за допомогою інструмента GRAVITY на Інтерферометрі Дуже великого телескопа (VLTI) Європейської південної обсерваторії. Проаналізувавши нові спостереження та переглянувши архівні дані, астрономи змогли простежити її сліди аж до 2017 року.
S301 здійснює повний оберт навколо Стрільця A* всього за 8,7 року — це найкоротший відомий період обертання серед зір навколо цієї чорної діри. Її орбіта дуже витягнута: у перицентрі зірка підходить на відстань лише приблизно 136–142 радіуси Шварцшильда чорної діри.
У цій найближчій точці S301 розганяється до швидкості близько 25 000 км/с, тобто понад 8% швидкості світла. Це один із найекстремальніших відомих зоряних «польотів» у гравітаційному полі надмасивної чорної діри.
Компактна зоря та сліди руйнування подвійної системи
За своєю яскравістю S301 значно тьмяніша за гігантські зорі, які раніше фіксували поблизу Стрільця A*. Астрономи роблять висновок, що це компактна зоря головної послідовності, подібна до Сонця, з масою приблизно 1,1–1,5 маси Сонця.
Команда припускає, що S301 колись входила до складу тісної подвійної системи, яка надто близько наблизилася до чорної діри. Потужна гравітація Стрільця A* розірвала цю пару в процесі, відомому як механізм Гіллса. Одна зоря, ймовірно, була викинута назовні як надшвидкісна, тоді як її компаньйон — нинішня S301 — був захоплений на дуже тісну й витягнуту орбіту.
Шанс виміряти обертання чорної діри
Особлива цінність S301 у тому, що вона підходить до Стрільця A* ближче, ніж будь-яка інша відома зоря. Це робить її першим відомим об’єктом, за рухом якого можна безпосередньо оцінити обертання надмасивної чорної діри.
Загальна теорія відносності Ейнштейна передбачає, що обертові чорні діри «затягують» простір-час навколо себе, скручуючи його. Це явище впливає на орбіти тіл, які рухаються поблизу, і тим сильніше, чим швидше обертається чорна діра та чим ближче проходить об’єкт.
Багаторічні спостереження за зорями біля центру Галактики вже дозволили перевірити деякі передбачення загальної теорії відносності. Тепер S301 відкриває можливість піти далі й дослідити фундаментальні властивості простору-часу в безпосередній близькості від горизонту подій.
За оцінками дослідників, спостереження за орбітою S301 протягом наступних приблизно 10 років можуть дати змогу виміряти спін, тобто швидкість обертання Стрільця A*. Це стане важливим кроком до розуміння того, як формуються й еволюціонують надмасивні чорні діри в центрах галактик.
Результати відкриття S301 опубліковані в журналі Nature.