RW Space

В экстремальных условиях в самом сердце галактики Млечный Путь все может стать немного странным.

И под странным мы подразумеваем почти немыслимые помешательства.

Там скрывается сверхмассивная черная дыра по имени Стрелец A*, масса которой примерно в 4,3 миллиона раз превышает массу Солнца.

Хотя это относительно скромно по сравнению со сверхмассивной черной дыры исчезают, гравитационный режим в непосредственной близости от нее провоцирует дикое поведение населяющих ее звезд.

И теперь астрономы обнаружили объект, который оставляет все остальное в пыли.

Описанный в новой статье Nature, S301 находится на жгучей 8,7-летней орбите вокруг Стрельца A*, достигая максимальной скорости более 25 000 километров (15 534 миль) в секунду во время самого близкого сближения с черной дырой, расстояние, подобное расстоянию между Сатурном и Солнцем.

Это колоссальные 8,5 процента скорости света – и, наконец, она отклоняется достаточно близко, чтобы провести измерения, которые могут раскрыть неуловимые свойства самого Стрельца А*, сначала его вращения, а затем и того, подчиняется ли он знаменитой теории, согласно которой у черных дыр нет «волос».

«Галактический центр похож на удаленную лабораторию, а звезды — это измерительные зонды», — рассказал ScienceAlert астрофизик Феликс Манг из Института внеземной физики Макса Планка в Германии, участник коллаборации GRAVITY+, которая анализировала звезду.

«Наши измерения (с фиксированной точностью) настолько точны, насколько точны звезды, которые приближаются к SgrA* ближе всего, иметь в руках зонд, с помощью которого мы можем измерить кривизну вращающегося пространства-времени вокруг этой массивной черной дыры. круто.»

Черную дыру в центре Млечного Пути изучать непросто. Поскольку черные дыры не излучают света, который мы можем обнаружить, лучший инструмент, который у нас есть для их изучения, — это поведение объектов вокруг них.

Материал вокруг Sgr A* довольно интересен. Он окружен рой близко вращающихся звезд на петлевых эллиптических орбитах, которые в прошлом ученые использовали для измерения свойств черной дыры и проверки общей теории относительности в одной из самых экстремальных сред, которые мы можем видеть.

Одна звезда, S2, оказалась чрезвычайно полезной.

Его 16-летняя орбита, которая в 2018 году привела звезду в пределах 17 световых часов от галактического центра, дала результаты. астрономы измеряют гравитационное красное смещение и прецессию Шварцшильда – эффекты, создаваемые огромной массой Стрельца А*.

Но S301 выводит захватывающее путешествие с черной дырой на совершенно новый уровень.

Его чрезвычайно вытянутая орбита приближается примерно в 10 раз ближе к Sgr A*, чем S2, погружаясь гораздо глубже в гравитационный колодец черной дыры, где – очень похоже на американские горки, погружающиеся в провал. – он разгоняется до невероятной максимальной скорости, прежде чем снова со свистом взлететь.

И, как и на американских горках, не только максимальная скорость делает эту поездку интересной, но и то, что происходит по пути.

На самом близком сближении или в перицентре S301 находится достаточно близко к Sgr A*, чтобы путешествовать сквозь саму ткань пространства-времени, которую тащит за собой черная дыра, когда она вращается – как будто вилка вставляется в миску с водой. спагетти и вращение.

Это известно как перетаскивание кадров или эффект Лензе-Тирринга.

Это вихревое движение должно очень тонко изменить орбиту S301. Ученые могут с точностью рассчитать, как будет выглядеть орбита S301 без последствий глубокого погружения на территорию Ленсе-Тирринга; сравнение этого прогноза с измененной реальной орбитой дает основу для работы в обратном направлении и расчета вращения Стрельца А*.

И это может привести нас к проверке теоремы об отсутствии волос, которая утверждает, что для фактически незаряженной черной дыры, как только вы знаете массу и вращение, все остальные характеристики ее гравитационного поля должны быть предсказуемы только на основе этих свойств.

«Наша группа уже измерила массу Стрельца А* на субпроцентном уровне». Манг рассказал ScienceAlert.

«Вращение станет следующим шагом в доказательстве теоремы об отсутствии волос, и в частности вращение массивной черной дыры – это беспрецедентно».

Измерение вращения само по себе не решит вопрос. Но при достаточном количестве наблюдений орбита S301 может в конечном итоге выявить еще одну особенность гравитационного поля Стрельца А*, называемую его квадрупольным моментом.

Общая теория относительности точно предсказывает, на чем именно должно основываться это измерение, исходя из массы и вращения черной дыры. Если наблюдение соответствует прогнозу, старший А* пройдет серьезную проверку теоремы об отсутствии волос.

У S301 может быть и еще одна дикая история.

Ее чрезвычайно вытянутая орбита намекает на то, что звезда, возможно, когда-то была частью двойной системы, которая подошла слишком близко к Sgr A*. В процессе, известном как механизм Хиллса, черная дыра может разорвать такую пара, захватив одну звезду на узкую орбиту, выбрасывая другую с огромной скоростью.

Это могло бы объяснить, как S301 оказалась на своей нынешней экстремальной траектории, хотя одной ее орбиты недостаточно, чтобы подтвердить этот сценарий.

Обнаружение ее давно потерянного бывшего спутника, уносящегося прочь от Галактического центра, предоставит гораздо более убедительные доказательства.

И, поскольку орбита настолько коротка, нам не придется долго ждать. перицентра ближе к концу 2031 года, когда влияние вращения на его орбиту будет наиболее сильным.

Сотрудничество GRAVITY+ продолжит отслеживать S301, а будущий инструмент MICADO на Чрезвычайно Большом Телескопе Европейской Южной Обсерватории должен помочь астрономам реконструировать его движение в трех измерениях.

По теме: Что-то намного темнее, чем черная дыра. Спрятаться в сердце Млечного Пути

Вместе эти наблюдения могут позволить команде определить вращение Sgr A* в течение следующего десятилетия.

И, возможно, в самом глубоком сердце Млечного Пути скрываются еще больше сокровищ.

«Мы ожидаем, что в галактическом центре будет существовать больше звезд, таких как S301, и в случае, если мы обнаружим подобную звезду, это еще больше облегчит измерение вращения», — сказал Манг. сказал.

«Сила сигнала больше не будет зависеть только от относительной ориентации оси вращения черной дыры и орбиты S301».

Открытие было опубликовано в журнале Nature.