В центре нашей галактики
В центре нашей галактики Млечный Путь, примерно в 27 тысячах световых лет от Земли, находится сверхмассивная черная дыра, называемая Стрелец A*. Астрономы давно подозревали, что она вращается, но до последнего времени не могли это подтвердить. Сейчас же они обнаружили «звездного ассистента» для исследований: быструю звезду, которая периодически подлетает очень близко к Стрельцу A*. Во время ближайшего подхода к сверхмассивному объекту вращение черной дыры должно влиять на орбиту звезды, что позволит ученым впервые напрямую измерить спин объекта. Сообщение о результате было опубликовано в журнале Nature.
Открытие и наблюдения
«Звезда, которую мы открыли, обладает огромным потенциалом, и мы все действительно воодушевлены», — говорит соавтор исследования Штефан Гиллессен, астроном из Института внеземной физики Макса Планка в Германии. Гиллессен и его коллеги обнаружили звезду, получившую обозначение S301, с помощью интерферометра Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории в Чили. Этот инструмент объединяет свет нескольких телескопов, позволяя наблюдать чрезвычайно слабые астрономические объекты. Астрономы заметили звезду рядом со Стрельцом A* весной и затем собрали дополнительные измерения в последующие годы. Эти новые данные также были объединены с архивными наблюдениями, начиная с 2017 года.
Масса и скорость
Короткий факт: насколько массивен этот сверхмассивный объект? Масса Стрельца A* оценивается примерно в 4,3 миллиона масс Солнца. Анализ показал, что орбита S301 имеет вытянутую, эллиптическую форму, причем черная дыра располагается в одной из фокусов эллипса. По этой траектории звезда достигает максимальной скорости около 56 миллионов миль в час — примерно 8 процентов скорости света — и становится самой быстрой из когда-либо зарегистрированных звезд в Млечном Пути.
Орбита и динамика
По мере приближения к Стрельцу A* «звезда приходит с одной стороны, все ускоряясь, затем делает очень резкий разворот вокруг черной дыры», — рассказывает Гиллессен в интервью для радиопрограммы. Затем «она вновь улетает и тормозит, пока не достигнет самой удаленной точки. Как только вы знаете орбиту, все происходит почти как на швейцарской железной дороге: объекты оказываются точно вовремя». Полный оборот вокруг Стрельца A* занимает у S301 всего 8,7 лет, а при ближайшем подходе расстояние между ними составляет всего в 12 раз больше расстояния между Землей и Солнцем.
Измерение спина черной дыры
Регулярная близость S301 к сверхмассивной черной дыре делает эту звезду первым известным объектом, который может быть использован для прямого измерения вращения Стрельца A*. Это возможно потому, что общая теория относительности Эйнштейна предсказывает: вращающаяся черная дыра «закручивает» пространство-время, что должно изменять орбиты находящихся поблизости звезд. «Звезда с каждым проходом испытывает смещение на слегка другую орбиту», — говорит Гиллессен в интервью агентству Reuters. Наблюдение за этими изменениями в течение следующего десятилетия должно позволить команде определить спин черной дыры — измерение, которое до сих пор было недоступно.
Значение открытия
«Без этой звезды нам пришлось бы измерять движения других звезд еще несколько десятилетий, чтобы хоть приблизиться к измерению спина черной дыры», — отмечает соавтор исследования Хуан Осорно, астроном Парижской обсерватории. Прямое измерение спина не только усилило бы подтверждение общетеоретических предсказаний Эйнштейна, но и стало бы важным активом для понимания истории нашей галактики, указывает Зири Юнси, астрофизик из Университетского колледжа Лондона, не участвовавшая в исследовании. «S301 — чрезвычайно важное открытие», — говорит она.
Происхождение S301
Откуда взялась эта необычная звезда? По мнению исследователей, она, вероятно, ранее была частью двойной звездной системы. После слишком близкого сближения со Стрельцем A* пара могла быть разорвана приливными силами черной дыры: Стрелец A* удержал S301 на тесной орбите, а вторую звезду, вероятно, выбросил далеко за пределы галактики.