Зоря S301 обігнала рекорди швидкості біля чорної діри Чумацького Шляху

Астрономи виявили у центрі Чумацького Шляху зорю, яка встановила абсолютний рекорд швидкості в нашій галактиці. Об’єкт під назвою S301 обертається навколо надмасивної чорної діри Стрілець A* зі швидкістю до 25 000 км/с, тобто понад 8% швидкості світла, і підходить до неї ближче, ніж будь-яка інша відома зоря. За оцінками дослідників, ця зоря може вперше дозволити безпосередньо виміряти обертання чорної діри. Про відкриття повідомляє видання SciTechDaily.

Рекордна орбіта біля Стрільця A*

S301 виявили за допомогою Дуже Великого Телескопа-інтерферометра (VLTI) Європейської південної обсерваторії та інструмента GRAVITY, який після модернізації отримав назву GRAVITY+. Зоря рухається по надзвичайно тісній орбіті навколо Стрільця A* — надмасивної чорної діри з масою близько чотирьох мільйонів Сонць.

Повний оберт навколо чорної діри S301 здійснює всього за 8,7 року. У момент найближчого наближення вона підходить до Стрільця A* приблизно на відстань, що усього у 12 разів більша від дистанції між Землею та Сонцем. Це відповідає приблизно відстані між Сатурном і Сонцем — раніше жодну зорю не спостерігали так близько до цієї чорної діри.

На цій ділянці орбіти швидкість S301 досягає близько 25 000 км/с — це приблизно у 100 000 разів швидше за реактивний пасажирський літак. За поточними даними, це найшвидша відома зоря у Чумацькому Шляху.

Шанс безпосередньо виміряти обертання чорної діри

Астрономи очікують, що Стрілець A*, як і більшість об’єктів у Всесвіті, обертається. Загальна теорія відносності Ейнштейна передбачає, що обертання чорної діри має «затягувати» навколишній простір-час, дещо викривляючи орбіти близьких об’єктів. Цей ефект, відомий як ефект Лензе–Тіррінга, тим сильніший, чим ближче об’єкт проходить до чорної діри і чим швидше вона обертається.

Саме завдяки своїй надзвичайно близькій орбіті S301 стала першим відомим об’єктом, за допомогою якого, за словами дослідників, можна потенційно напряму оцінити швидкість обертання надмасивної чорної діри в центрі нашої галактики. Вчені сподіваються, що впродовж наступного десятиліття зможуть зафіксувати тонкі зміни орбіти зорі, зумовлені саме обертанням Стрільця A*.

Дослідницька команда підкреслює, що без S301 довелося б стежити за рухом інших зір навколо чорної діри ще кілька десятиліть, перш ніж з’явився б шанс наблизитися до подібних вимірювань.

Інтерферометрія чотирьох телескопів

Знайти S301 було непросто: у видимому небі вона приблизно у два мільярди разів тьмяніша за яскраву зорю Бетельгейзе в сузір’ї Оріона. Щоб розрізнити та простежити настільки слабке світло в перенасиченому зорями центрі галактики, астрономи використали унікальні можливості VLTI на обсерваторії Паранал у Чилі.

VLTI поєднує світло одразу чотирьох 8-метрових телескопів, створюючи «віртуальний» телескоп з кутовою роздільною здатністю, що у 15 разів перевищує можливості одного такого телескопа. Така висока роздільна здатність дозволила відокремити надзвичайно слабку S301 від інших зір у щільному регіоні біля Стрільця A* і точно відстежувати її рух.

Вперше S301 помітили інструментом GRAVITY навесні 2023 року. Подальші спостереження з GRAVITY і оновленим GRAVITY+ дали змогу уточнити орбіту зорі та навіть реконструювати її положення починаючи з 2017 року. Виявилося, що останнє найближче зближення з чорною дірою відбулося на початку 2023 року.

Звідки з’явилася зоря так близько до чорної діри

Орбіта S301 також натякає на її минуле. За словами авторів роботи, зорі не можуть формуватися настільки близько до надмасивної чорної діри — умови там надто екстремальні. Тому ймовірно, що S301 колись входила до складу подвійної зоряної системи, яка опинилася у гравітаційному полі Стрільця A*.

Сильні припливні сили чорної діри, судячи з усього, розірвали цю систему: S301 була захоплена на тісну орбіту навколо чорної діри, а її зоря-партнер, навпаки, отримала потужний гравітаційний «поштовх» і була викинута з центру галактики. За оцінками дослідників, швидкість цієї зорі-компаньйона могла виявитися достатньою, щоб повністю залишити Чумацький Шлях.

Наступні кроки: дві орбіти для вимірювання обертання

Наступний ключовий етап — простежити S301 ще принаймні одну повну орбіту навколо Стрільця A*. Протягом найближчого десятиліття її рух спостерігатимуть за допомогою GRAVITY+ і майбутнього інструмента MICADO на надвеликий телескоп (ELT), який будує Європейська південна обсерваторія.

Особливу увагу приділятимуть наступному максимальному зближенню зорі з чорною дірою, яке очікується у 2031 році. Астрономи розраховують, що спостереження двох повних орбіт S301 дадуть змогу з достатньою точністю описати її траєкторію та вперше безпосередньо визначити швидкість обертання надмасивної чорної діри в центрі нашої галактики.

За словами дослідників, такий результат став би важливим тестом загальної теорії відносності Ейнштейна в одному з найекстремальніших середовищ у Всесвіті — поруч із горизонтом подій надмасивної чорної діри.