S301: самая быстрая из известных звёзд

Звезда, которая проносится вокруг чёрной дыры нашей Галактики каждые 8,7 года, при сближении быстрее 8% скорости света

Шаг за шагом

Сердце Млечного Пути

Вокруг неё роятся S-звёзды — несколько десятков звёзд на наклонных вытянутых орбитах. S2, самая яркая, делает оборот за 16 лет. S301, открытая в 2023 году, обходит дыру меньше чем за 9 лет и подходит ближе и быстрее, чем любая другая известная звезда. Что измерено, а что нарисовано: орбиты измерены; линии, подписи и звёзды неба нарисованы.

Как открыли S301

В центре Галактики тысячная доля угловой секунды — это около 8 а. е. Один большой телескоп размывает всё в пределах примерно 60 тысячных угловой секунды в одно пятно. GRAVITY объединяет свет четырёх телескопов интерферометра ESO Very Large Telescope в Чили, и с 2017 года команда наблюдает дыру около 100 часов в год.

Почему она обращается по орбите

Картина Ньютона: брось мяч вбок достаточно сильно, и он будет падать вокруг Земли, а не на неё. Гравитация всё время загибает путь звезды к дыре. Вдали звезда движется медленно и падает обратно; вблизи она движется так быстро, что огибает дыру и снова уходит прочь. Ничто не отнимает у неё энергию, поэтому она снова и снова идёт по тому же пути.

Почувствовать вращение дыры

Теория Эйнштейна говорит, что вращающаяся масса увлекает за собой пространство и время: это эффект Лензе–Тирринга. Вокруг Земли он крошечный; спутнику Gravity Probe B понадобились годы, чтобы его измерить. Вблизи чёрной дыры он быстро растёт по мере приближения, и S301 — первая известная звезда, которая подходит достаточно близко, чтобы это проявилось в её орбите.

По тому, насколько поворачивается орбита, можно узнать, как быстро вращается дыра. Должно хватить измерения двух полных оборотов, около десяти лет наблюдений. Ответ важен для понимания того, как растут чёрные дыры: за счёт постоянного питания с одной стороны, которое их раскручивает, или за счёт множества мелких порций со всех сторон, после которых они вращаются медленно.

Почему её не разрывает

Так что S301 в безопасности: при сближении прилив составляет лишь около тысячной доли её собственного притяжения и нагревает звезду слишком слабо, чтобы это имело значение. У красного гиганта, в сотни раз большего, на такой орбите сорвало бы внешние слои, а звезду, залетевшую внутрь приливного радиуса, разорвало бы в клочья — такое видно во вспышках приливного разрушения в других галактиках.