S301: най-близката звезда до Sgr A* ще измери въртенето

Международен екип, воден от Института за извънземна физика на Макс Планк (MPE), обяви на 19 август откриването на S301 — звездата, която минава по-близо до свръхмасивната черна дупка в центъра на Млечния път от всяка друга досега. Резултатите излязоха в Nature и са направени с инструмента GRAVITY на интерферометъра VLTI на Европейската южна обсерватория в Паранал, Чили.

Числата са трудни за побиране в главата. S301 обикаля Sagittarius A* за 8,7 години — най-късата известна орбита около черната дупка. В най-близката точка тя се доближава на около 12 астрономически единици, или 1,78 милиарда километра — малко повече от разстоянието между Слънцето и Сатурн. И там ускорява до 25 000 km/s, тоест над 8% от скоростта на светлината.

Как е открита

Екипът следи центъра на Галактиката от години — около 100 часа наблюдения годишно от 2017 г. насам. През пролетта на 2023 г. в данните се появява слаба точка на около 15 милиарксекунди северозападно от Sgr A*. Звездата е около два милиарда пъти по-бледа от Бетелгейзе, така че единственият начин да бъде видяна е интерферометрията: GRAVITY събира светлината от четирите 8-метрови телескопа на VLT и постига около 15 пъти по-висока разделителна способност от единичен телескоп.

След откриването авторите се връщат назад в архива и възстановяват орбитата от 19 астрометрични позиции между 2017 и 2025 г. Оказва се, че последното най-близко минаване е било в началото на 2023 г. — тоест звездата е била засечена буквално в най-интересния момент.

Снимка: ESO/GRAVITY collaboration

За сравнение: досегашната „работна” звезда за подобни измервания, S2, обикаля за около 16 години и се приближава на около 120 астрономически единици. S301 е на порядък по-навътре — по оценки в статията периапсисът ѝ е на около 136–142 радиуса на Шварцшилд от черната дупка. Самата звезда е компактна, от главната последователност, с маса между 1,1 и 1,5 слънчеви.

Защо близостта има значение

Sagittarius A* тежи около 4 милиона слънчеви маси. Досега наблюденията на звездите около нея потвърдиха няколко предсказания на общата теория на относителността — червеното отместване на светлината и прецесията на орбитата на S2 (за откриването на свръхмасивния компактен обект в центъра на Галактиката Райнхард Гензел и Андреа Гез получиха Нобелова награда за физика през 2020 г.). Но една ключова величина остава неизмерена директно: въртенето на черната дупка.

Според общата теория на относителността въртящо се масивно тяло увлича самото пространство-време около себе си — ефект на Ленз–Тиринг, или „влачене на инерциалните отправни системи”. Ефектът пада стръмно с разстоянието, затова е практически невидим за далечните звезди. При орбита като тази на S301 обаче той трябва да измества точката на най-близкото приближаване с всяка обиколка — и то измеримо.

Снимка: ESO/GRAVITY collaboration/L. Calçada

„За първи път бихме могли наистина директно да измерим въртенето на масивна черна дупка”, казва Стефан Гилесен от MPE пред ESO. Първият автор Феликс Манг е по-конкретен: екипът се надява да получи стойността в рамките на следващите 10 години. Без S301 щеше да се наложи движението на други звезди да се следи още десетилетия.

Какво следва

Следващото близко минаване на S301 е през 2031 г. Дотогава наблюденията продължават с GRAVITY+ — надградената версия на инструмента, чийто главен изследовател е Франк Айзенхауер от MPE — а по-нататък и с Extremely Large Telescope на ESO, който тепърва се строи в Чили.

Струва си да се каже какво не е доказано. Въртенето на Sgr A* още не е измерено; открита е звездата, която прави измерването възможно. Стойността ще излезе от натрупване на точни позиции през няколко обиколки, а не от едно наблюдение. Ако измерената прецесия се разминава с предсказанието на Кер-метриката, това ще е сериозен сигнал — но дотам има години търпелива астрометрия.

Заключение

S301 е рядък случай, в който едно откритие не просто добавя обект към каталога, а отваря нов инструмент. Звезда с период от 8,7 години, която се движи с 8% от скоростта на светлината на 12 AU от четиримилионна слънчева маса, е най-близкото до лаборатория, което имаме за силната гравитация. Резултатът беше отразен и от Science, и от Ars Technica, а техническото описание е достъпно през phys.org.

Ако следите астрономическите новини, вижте и как LRO засне и измери лунния кратер от Falcon 9, както и защо NASA се отказа от спасяването на телескопа Swift.