Nature: самая быстрая звезда обнаружена в центре нашей галактики

Фото из открытых источников

Звезда, расположенная вблизи центра Млечного пути, несется по своей орбите с пиковой скоростью более 8 процентов от скорости света, что делает ее одновременно самой быстрой звездой и самой близкой к сверхмассивной черной дыре из всех когда-либо обнаруженных. Эта удивительная звезда, получившая название S301, может помочь разгадать тайны гравитации. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Nature.

Стефан Гиллессен из Института внеземной физики им. Макса Планка в Германии и его коллеги обнаружили S301 с помощью Очень большого телескопа в Чили. Они наблюдали за ней с 2023 года, чтобы получить достаточно данных для определения ее орбиты, и результаты беспрецедентны.

В точке максимального сближения S301 находится всего в 1,8 миллиарда километров от Стрельца A*, сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики. Это всего в 12 раз больше расстояния между Землей и Солнцем, в 10 раз ближе к Стрельцу A*, чем предыдущий рекордсмен. «Если бы вы жили на планете вокруг этой звезды, размер чёрной дыры в точке её максимального сближения с Землей показался бы вам похожим на полную Луну — это было бы совершенно потрясающе», — говорит Гиллессен.

Такое близкое сближение с чёрной дырой означает, что S301 проводит часть своей орбиты в одной из самых экстремальных гравитационных сред во Вселенной. Рядом с чёрной дырой пространство-время растягивается и искривляется. Если чёрная дыра вращается, она должна ещё сильнее искривлять пространство-время, создавая так называемый эффект увлечения инерциальных систем отсчёта.

«Земля тоже так делает, и мы можем измерить с помощью спутников вокруг Земли, что существует очень, очень незначительное увлечение инерциальных систем отсчёта, вызванное вращением Земли», — говорит Туан До из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, который не участвовал в исследовании. «Здесь происходит то же самое, только с совершенно другими объектами».

Измерить вращение Земли относительно легко, но вращение чёрной дыры определить гораздо сложнее из-за отсутствия у неё видимой поверхности. Наиболее точный способ измерения — это измерение эффекта увлечения инерциальных систем отсчета, и S301 — первая звезда, достаточно близкая, чтобы ощутить этот эффект.

«Мы бросаем лист на ветру и наблюдаем за движением воздуха, измеряя этот лист», — говорит Гиллессен. «Звезда — это идеальный лист, чтобы увидеть движение пространства-времени».

Фактическое измерение вращения Стрельца A* этим методом, вероятно, займет около десяти лет, говорит он, но этот процесс может ускориться, если мы найдем больше подобных звезд.

«С одной звездой это займет некоторое время, но это все равно будет лучшим ограничением вращения, которое у нас когда-либо было», — говорит Зири Юнси из Университетского колледжа Лондона. «Если вы сможете найти другую звезду, которая находится еще ближе, это будет еще лучше. Если вы сможете найти популяцию таких звезд, тогда у вас все получится».

У Гиллессена и его команды есть несколько кандидатов в звезды, расположенные немного дальше от черной дыры, чем S301, но пока ни одна из них не находится ближе, говорит он.

Но когда мы наконец измерим вращение чёрной дыры, это станет важнейшим элементом космической головоломки. Это не только поможет нам понять, как чёрные дыры способствовали эволюции Вселенной, но и позволит исследовать поведение гравитации в экстремальных условиях, изучение которых оказалось чрезвычайно сложным.

«У чёрной дыры есть только три измеримых свойства: масса, вращение и, возможно, электрический заряд. Масса была удостоена Нобелевской премии в 2020 году, поэтому, если вы найдёте значение вращения, вы можете ожидать звонка из Стокгольма через 20 лет», — говорит Гиллессен.