S301: 알려진 가장 빠른 별

우리 은하의 블랙홀 주위를 8.7년마다 질주하며, 가장 가까울 때 빛의 속도의 8%를 넘는 별

단계별로

우리 은하의 중심

그 주위에는 기울고 길쭉한 궤도를 도는 수십 개의 별, S별들이 모여 있습니다. 가장 밝은 S2는 한 바퀴에 16년이 걸립니다. 2023년에 발견된 S301은 9년이 안 되어 한 바퀴를 돌며, 알려진 어떤 별보다 더 가까이, 더 빠르게 지나갑니다. 측정한 것과 그린 것: 궤도는 측정한 것이고, 선과 라벨과 하늘의 별은 그린 것입니다.

S301은 어떻게 발견되었나

은하 중심에서 1밀리초각은 약 8AU입니다. 큰 망원경 한 대로는 약 60밀리초각 안의 모든 것이 하나의 얼룩으로 뭉개집니다. GRAVITY는 칠레에 있는 ESO 초거대 망원경 간섭계의 망원경 네 대의 빛을 합치며, 연구진은 2017년부터 해마다 약 100시간씩 블랙홀을 관측해 왔습니다.

왜 궤도를 도는가

뉴턴의 그림: 공을 옆으로 충분히 세게 던지면 지구에 떨어지는 대신 지구 둘레를 돌며 떨어집니다. 중력은 별의 길을 늘 블랙홀 쪽으로 휘게 합니다. 멀리서는 천천히 움직이다 다시 떨어져 들어오고, 가까이에서는 돌아 나와 다시 올라갈 만큼 빠르게 움직입니다. 에너지를 빼앗는 것이 없으므로 같은 길을 몇 번이고 돕니다.

블랙홀의 자전을 느끼다

아인슈타인의 이론에 따르면 자전하는 질량은 공간과 시간을 끌고 돕니다: 렌제–티링(Lense–Thirring) 효과입니다. 지구 주위에서는 아주 작아서 인공위성 Gravity Probe B가 측정하는 데 몇 년이 걸렸습니다. 블랙홀 근처에서는 가까워질수록 빠르게 커지며, S301은 궤도에 이 효과가 나타날 만큼 가까이 오는 것으로 알려진 첫 별입니다.

궤도가 얼마나 도는지를 보면 블랙홀이 얼마나 빨리 자전하는지 알 수 있습니다. 궤도 두 바퀴, 약 10년의 관측이면 충분할 것입니다. 그 답은 블랙홀이 어떻게 자라는지와 관련이 있습니다: 한쪽에서 꾸준히 먹어서 자전이 빨라지는지, 아니면 사방에서 작은 끼니를 여러 번 먹어서 천천히 자전하게 되는지.

왜 찢어지지 않는가

그래서 S301은 안전합니다: 가장 가까울 때에도 조석력은 별 자체가 당기는 힘의 약 1000분의 1에 불과하고, 별을 데우는 정도도 문제가 되지 않을 만큼 작습니다. 수백 배 더 큰 적색 거성이라면 이런 궤도에서 바깥층이 뜯겨 나가고, 조석 반지름 안으로 휘둘려 들어간 별은 다른 은하의 조석 파괴 섬광에서 보듯 갈가리 찢어집니다.