Звезда вблизи центра Млечного Пути бросает вызов теории относительности

На орбите черной дыры в центре Млечного Пути появился новый «экзаменатор» Альберта Эйнштейна. Его скорость составляет 8% скорости света.

Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail

Астрономы обнаружили звезду, которая может стать одним из самых точных природных тестировщиков общей теории относительности. Объект получил обозначение S301 и вращается вокруг сверхмассивной черной дыры Стрелец А* (Sgr A*) — невидимого в обычном свете гиганта массой около 4,3 млн солнц в центре Млечного Пути.

Главная особенность S301 — ее крайне вытянутая орбита. Полный оборот звезда совершает примерно за 8,7 года, что делает ее самой быстрой из известных звезд такого типа в окрестностях нашей центральной черной дыры. В ближайшей к Sgr A* точке орбиты S301 разгоняется примерно до 25 тыс. км/с — это 8,33% скорости света.

Для сравнения: если мысленно поместить Стрелец А* в центр Солнечной системы, S301 во время максимального сближения пролетала бы где-то между орбитами Урана и Нептуна. Такая космическая «прогулка рядом с бездной» не дает права на ошибку.

Орбита, которая спорит с Ньютоном

Именно экстремальное движение S301 делает ее особенно ценной для физики. Ученые уже наблюдают, как орбита звезды постепенно поворачивается: ее ближайшая к черной дыре точка смещается примерно на 2 градуса за один оборот.

Такое явление называется прецессией орбиты. У Меркурия оно тоже есть и стало одним из классических подтверждений общей теории относительности, но эффект там крошечный. У S301 гравитация Стрельца А* действует гораздо жестче, поэтому различия между ньютоновским описанием и расчетами Эйнштейна заметнее.

Исследователи рассчитывают использовать звезду для изучения эффектов, которые зависят не только от скорости движения, но и от вращения самой черной дыры. В частности, речь идет о влиянии углового момента Sgr A* на пространство-время. Теоретически быстро вращающаяся черная дыра способна «увлекать» окружающее пространство за собой.

У S301 есть и еще одна любопытная деталь: ее высокая эксцентричность может указывать на происхождение из двойной звездной системы. Согласно гипотезе, когда-то пару разорвало мощное гравитационное поле черной дыры, а одна из звезд осталась на необычной орбите, а вторая либо сгинула за горизонтом событий, либо, наоборот, была выброшена на периферию как камень из пращи.

Ученым придется подождать

Пока S301 не превращается в идеальный космический лабораторный стенд. Звезда очень тусклая — ее видимая в инфракрасном диапазоне звездная величина составляет около 19,3. Кроме того, центр Млечного Пути закрыт от оптических наблюдений плотными облаками газа и пыли. Поэтому движение объекта удается отслеживать, а вот получить точные спектральные данные пока сложно.

Ситуацию могут изменить телескопы нового поколения, включая гигантские наземные обсерватории. Их чувствительности должно хватить, чтобы измерять тонкие релятивистские эффекты более высокого порядка и проверить, насколько точно реальная орбита S301 соответствует моделям вращающейся черной дыры.

Исследование под заголовком Discovery of a star sensitive to the spin of Sgr A* принято к публикации в журнале Nature; его препринт размещен на портале arXiv.

Открытие продолжает серию наблюдений, в которых звезды возле Стрельца А* выступают своеобразными «датчиками» гравитации. Ранее астрономы уже использовали звезду S2 для проверки релятивистского красного смещения и прецессии орбиты. Hi-Tech Mail уже писал о других необычных S-звездах в центре Млечного Пути, чьи орбиты помогают изучать влияние сверхмассивной черной дыры и ее возможного «младшего компаньона» на ближайшее окружение. Подробности — здесь.

космосАстрофизикаПоделиться