Зірка S301: новий інструмент для вимірювання обертання чорної діри

Міжнародна колаборація GRAVITY+, використовуючи Інтерферометр наддалекого телескопа Європейської південної обсерваторії, виявила зірку S301 у безпосередній близькості до надмасивної чорної діри Стрілець А*. Об'єкт рухається зі швидкістю близько 25 тисяч км/с, що становить майже 8% швидкості світла. Результати спостережень опубліковані 19 серпня у журналі Nature.

Головною особливістю S301 є її орбіта: зірка наближається до чорної діри на відстань лише 1,7 мільярда кілометрів — трохи далі, ніж відстань між Сатурном і Сонцем. Це дозволяє зафіксувати гравітаційний вплив обертання чорної діри на траєкторію зірки. Раніше такі вимірювання були неможливі, оскільки жодне відоме світило не підходило так близько до Стрільця А*.

Зірка приблизно на 50% більша за Сонце. Її вперше зафіксували на знімках 2023 року. Для відтворення повної орбіти, що триває 8,7 року, науковці об'єднали два роки нових спостережень з архівними даними, зібраними починаючи з 2017 року. Інструмент, який використовувала команда, здатен бачити об'єкти у 4 мільярди разів тьмяніші, ніж людське око.

Пряме вимірювання обертання чорної діри — одна з ключових задач сучасної астрофізики. Досі цей параметр визначали лише опосередковано, аналізуючи рентгенівське випромінювання газу поблизу чорної діри або гравітаційні хвилі від зіткнень. Ці методи потребують складного моделювання і часто викликають суперечки. Орбіта S301 дає змогу вперше виміряти обертання безпосередньо, відстежуючи зміни її траєкторії під впливом гравітації.

За словами астронома Стефана Ґіллессена з Інституту позаземної фізики Товариства Макса Планка, відстеження змін орбіти S301 впродовж років дозволить обчислити швидкість обертання Стрільця А*. Астрофізикиня Лаура Бреннеман з Гарвардсько-Смітсонівського центру астрофізики зазначає, що швидке обертання чорної діри свідчить про рівномірне поглинання матерії, тоді як повільніше вказує на хаотичніший процес. Обертання також впливає на джети та вітри чорної діри.

Маса Стрільця А* вже відома — вона приблизно у 4 мільйони разів перевищує масу Сонця. Тепер науковці очікують наступного зближення S301 із чорною дірою у 2031 році. Спостереження за щонайменше двома повними орбітами зірки дозволять вперше безпосередньо визначити швидкість обертання чорної діри в центрі Чумацького Шляху. Це також стане перевіркою загальної теорії відносності Ейнштейна: якщо обертання перевищить максимальну межу, встановлену теорією, фізикам доведеться переглядати фундаментальні уявлення про простір і час.