S301: ngôi sao nhanh nhất từng biết

Một ngôi sao lao quanh lỗ đen của thiên hà chúng ta mỗi 8,7 năm, với hơn 8% tốc độ ánh sáng ở điểm gần nhất

Từng bước

Trái tim của Ngân Hà

Quanh nó là đàn sao S, vài chục ngôi sao trên những quỹ đạo nghiêng và thuôn dài. S2, ngôi sáng nhất, mất 16 năm để đi hết một vòng. S301, được phát hiện năm 2023, đi một vòng chưa tới 9 năm và đến gần hơn, nhanh hơn bất kỳ ngôi sao nào khác từng biết. Điều gì được đo và điều gì được vẽ: các quỹ đạo là số đo thực; các đường, nhãn và các ngôi sao trên bầu trời là hình vẽ.

S301 được tìm thấy thế nào

Ở trung tâm thiên hà, một phần nghìn giây cung là khoảng 8 AU. Một kính thiên văn lớn đơn lẻ làm nhòe mọi thứ trong khoảng 60 phần nghìn giây cung thành một vệt. GRAVITY kết hợp ánh sáng của bốn kính thiên văn thuộc Giao thoa kế Kính Thiên văn Rất Lớn của ESO ở Chile, và từ năm 2017 nhóm đã quan sát lỗ đen khoảng 100 giờ mỗi năm.

Vì sao nó quay quanh

Hình dung của Newton: ném một quả bóng ngang đủ mạnh, nó sẽ rơi vòng quanh Trái Đất thay vì rơi xuống. Lực hấp dẫn liên tục bẻ cong đường đi của ngôi sao về phía lỗ đen. Ở xa nó đi chậm và rơi trở lại; ở gần nó đi đủ nhanh để vòng qua và leo ra xa lần nữa. Không gì lấy đi năng lượng của nó, nên nó cứ đi vòng như vậy mãi.

Cảm nhận lỗ đen quay

Thuyết của Einstein nói một khối lượng đang quay kéo không gian và thời gian quay theo: hiệu ứng Lense–Thirring. Quanh Trái Đất nó rất nhỏ; vệ tinh Gravity Probe B cần nhiều năm để đo nó. Gần lỗ đen nó tăng nhanh khi ta đến gần hơn, và S301 là ngôi sao đầu tiên được biết đến đủ gần để quỹ đạo của nó cho thấy hiệu ứng này.

Quỹ đạo xoay bao nhiêu cho biết lỗ đen quay nhanh thế nào. Đo hai vòng trọn, khoảng mười năm quan sát, sẽ là đủ. Câu trả lời liên quan đến cách lỗ đen lớn lên: bằng việc ăn đều đặn từ một phía, làm chúng quay nhanh lên, hay bằng nhiều bữa nhỏ từ mọi hướng, khiến chúng quay chậm.

Vì sao nó không bị xé nát

Vậy S301 an toàn: ở điểm gần nhất lực thủy triều chỉ bằng khoảng một phần nghìn lực hút của chính nó, và nó làm ngôi sao nóng lên quá ít để đáng kể. Một sao khổng lồ đỏ, lớn hơn hàng trăm lần, sẽ bị xé mất các lớp ngoài trên quỹ đạo như vậy, và một ngôi sao lao vào trong bán kính thủy triều của nó sẽ bị xé vụn, như thấy trong các chớp sáng phá vỡ do thủy triều ở những thiên hà khác.