Ученые обнаружили ближайшую к центральной черной дыре Млечного пути звезду.

Звезда, движущаяся со скоростью, составляющей 8% от скорости света, может позволить нам измерить вращение черной дыры.

Лазеры, используемые для фокусировки четырех телескопов, входящих в состав телескопа VLT. Фото: А. Бердеу/ESO. Лазеры, используемые для фокусировки четырех телескопов, входящих в состав телескопа VLT. Фото: А. Бердеу/ESO.

Sgr A* — так называется сверхмассивная чёрная дыра, расположенная в центре Млечного пути. О её существовании известно с 1970-х годов, но получить её изображение удалось лишь в последние несколько лет. За это время большая часть наших знаний об объекте была получена благодаря наблюдению за группой звёзд, вращающихся вокруг чёрной дыры, что позволило нам оценить её массу и размер. По сути, эти звёзды выступили в роли инструментов, позволивших нам заглянуть в среду, которую мы не могли изучить никаким другим способом.

В опубликованном в среду номере журнала Nature исследователи описывают недавно обнаруженную звезду, находящуюся на чрезвычайно эксцентричной орбите, которая приближает её к Sgr A* ближе, чем любая из ранее обнаруженных нами звезд. Она приблизилась настолько близко, что это может помочь нам получить первые измерения вращения чёрной дыры.

Чтение риторики

Существует целая популяция звёзд, вращающихся относительно близко к Sgr A*. Мы можем оценить их массу на основе их яркости и спектральных характеристик. Используя их массы и реконструкцию их орбит на основе данных за несколько лет, мы можем определить, насколько сверхмассивна Sgr A* (почти 10³⁷ килограммов).

Определение массы чёрной дыры, кажется, мало что нам о ней говорит. Но, по сути, больше ничего и сказать нельзя. Наше понимание теории относительности гласит, что помимо массы, у чёрных дыр есть только два различных свойства. Одно из них — заряд, а другое — спин. Получить информацию о заряде невозможно. Но спин — это совсем другое дело. Мы знаем, что материалы, из которых образуются чёрные дыры, обладают импульсом, который должен сохраняться при спине образовавшегося тела. А обнаружение гравитационных волн от слияния чёрных дыр кое-что нам говорит о спине.

Со временем орбита недавно обнаруженной звезды будет зависеть от того, вращается ли Sgr A*. Источник: ESO/GRAVITY/L. Calçada

Итак, мы знаем, что в Sgr A* почти наверняка присутствует вращение. И можно кое-что об этом узнать. Вращение Sgr A* должно влиять на прецессию орбиты любых звёзд, которые проходят достаточно близко. К сожалению, этот эффект уменьшается пропорционально кубу радиуса, а это значит, что нам нужно сделать одно из двух: либо найти звезду, которая приблизится к чёрной дыре достаточно близко, либо проводить наблюдения достаточно долго, чтобы эти эффекты стали очевидны. К сожалению, для всех звёзд, о которых нам известно вблизи Sgr A*, «достаточно долго» означает тысячи лет.

Таким образом, без новых открытий нам либо придётся улучшить качество наших изображений, чтобы получить более точную информацию об орбитах известных нам звёзд, либо проявить огромное терпение.

Экстремальная орбита

Новое открытие стало результатом программы, использующей инструмент GRAVITY на Очень большом телескопе Европейской южной обсерватории. GRAVITY объединяет свет с четырех отдельных телескопов, что обеспечивает ему разрешение, сравнимое с разрешением одного телескопа диаметром 130 метров. С 2017 года группа исследователей использует этот инструмент для отслеживания звезд в непосредственной близости от Sgr A*. Хотя GRAVITY изначально не выдает изображений, команда смогла преобразовать их в изображения.

В 2023 году это позволило им обнаружить звезду, удаляющуюся от черной дыры, которую они назвали S301. После нескольких месяцев наблюдений они смогли оценить ее орбиту, которую использовали для прогнозирования ее положения в более ранних данных, что позволило им подтвердить, что они наблюдают настоящую звезду. Эта орбита указывала на то, что в начале 2023 года она максимально приблизилась к черной дыре, приблизившись ближе, чем любая звезда, которую мы идентифицировали ранее.

Наилучшая орбитальная модель предполагает, что этой звезде требуется всего 8,7 лет для совершения одного оборота, что более чем на три года меньше, чем у любой другой звезды в этом районе. Орбита чрезвычайно эксцентрична, то есть она описывает сильно сплющенный овал. Эксцентриситет круга равен нулю, а любое значение больше единицы означает, что объект не вращается по орбите, а совершает одностороннее движение вокруг гравитационного аттрактора. Эксцентриситет S301 составляет 0,9832, что говорит о том, что она близка к тому, чтобы вырваться из гравитационного притяжения Sgr A*. (Для сравнения, эксцентриситет Плутона составляет 0,25.)

Это приводит к довольно невероятным последствиям. Например, в точке максимального сближения звезда движется со скоростью около 25 000 километров в секунду, что составляет более 8 процентов от скорости света.

В момент максимального сближения звезда проходит в 10 раз ближе к Sgr A*, чем ранее идентифицированная ближайшая звезда. Исследователи предполагают, что расстояние может составлять всего 11 астрономических единиц (одна астрономическая единица — это типичное расстояние между Землей и Солнцем). Это означает, что расстояние между ними немного превышает расстояние Сатурна от Солнца.

Это достаточно близко, чтобы, если бы S301 была более крупной звездой (она, по-видимому, примерно в 1,5 раза больше Солнца), она была бы разрушена гравитацией черной дыры.

Новый инструмент

Исследователи полагают, что S301 оказался там в составе двойной системы, которая слишком близко приблизилась к Sgr A*, а его партнёр был выброшен из окрестностей чёрной дыры.

Но более важным аспектом открытия является то, что оно может рассказать нам в будущем. Исследователи подсчитали, что у нас уже есть инструменты, способные отслеживать орбиту S301 с достаточной точностью, чтобы на основе данных за десятилетие оценить вращение Sgr A*.

Дальнейшее повышение разрешения или даже увеличение длины временного ряда позволит нам начать исследовать еще более тонкие детали сверхмассивной черной дыры. К ним относятся такие вопросы, как отклонение от идеальной сферы и наличие у черной дыры каких-либо дополнительных свойств, помимо спина, влияющих на ее поведение.

Короче говоря, обнаружение S301 может быть сродни разработке более точного прибора для изучения сверхмассивной черной дыры.

Природа, 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-10894-w (О DOI).

Источник: arstechnica.com