В центре Млечного Пути находится сверхмассивная чёрная дыра, которую астрономы знают под обозначением Sgr A*. Её открыли ещё в 1970-х, но долгое время объект оставался лишь точкой на карте неба: ни массы, ни размеров напрямую измерить не удавалось. Всё, что мы знаем о Sgr A*, получено косвенным путём — по движению звёзд, которые обращаются вокруг неё. Судя по этим данным, масса чёрной дыры близка к 10^37 килограммов, что делает её настоящим гигантом даже по галактическим меркам. Прямое изображение удалось получить только в последние несколько лет, и теперь у учёных есть возможность изучать этот объект гораздо подробнее, чем раньше.
Звезда S301: рекордсмен среди орбит
Для наблюдений за областью вокруг Sgr A* используется инструмент GRAVITY, смонтированный на Очень Большом телескопе Европейской южной обсерватории. Устройство объединяет свет четырёх зеркал в единую систему, давая разрешение, сопоставимое с возможностями гипотетического телескопа диаметром 130 метров. Именно GRAVITY позволил команде астрономов отслеживать движение звёзд у самого горизонта событий чёрной дыры начиная с 2017 года. В 2023 году наблюдения принесли неожиданный результат: была обнаружена звезда, получившая название S301, которая ведёт себя совершенно не так, как остальные.
Орбита S301 оказалась экстремально вытянутой. Период обращения составляет всего 8,7 года — это более чем на три года быстрее, чем у любой известной звезды в этом регионе. Эксцентриситет орбиты, то есть степень её отклонения от окружности, равен 0,9832. Для сравнения, даже у Плутона, который считается чемпионом по вытянутости среди планет Солнечной системы, этот показатель составляет лишь 0,25. По сути, орбита S301 настолько близка к параболической, что звезда находится буквально на грани ухода из гравитационного плена чёрной дыры.
В точке максимального сближения, которую астрономы называют перицентром, S301 разгоняется до скорости около 25 000 километров в секунду — это более восьми процентов скорости света. Расстояние до чёрной дыры в этот момент сокращается примерно до 11 астрономических единиц, что лишь ненамного больше дистанции от Солнца до Сатурна. По словам исследователей, S301 проходит в десять раз ближе к Sgr A*, чем любой другой известный нам объект. Звезда почти в полтора раза крупнее Солнца, и если бы она была массивнее, гравитация чёрной дыры, скорее всего, разорвала бы её на части. Тот факт, что S301 осталась целой, говорит о том, что мы наблюдаем редкий случай, когда природа как будто специально подобрала параметры, позволяющие звезде выжить.
Происхождение S301, вероятно, тоже необычно. Астрономы полагают, что звезда когда-то входила в двойную систему, которая подошла слишком близко к Sgr A*. Мощное гравитационное поле чёрной дыры могло разрушить пару, выбросив компаньона S301 прочь, а саму звезду отправив на новую, гораздо более тесную орбиту. Такое объяснение согласуется с наблюдаемой динамикой и позволяет понять, как подобные экстремальные траектории формируются в центре галактики.
Что орбита S301 расскажет о вращении Sgr A*
Сама по себе столь тесная орбита — уже научная сенсация, но главная ценность S301 в том, что она даёт возможность измерить то, что раньше оставалось недоступным: спин чёрной дыры. Согласно общей теории относительности, вращающийся массивный объект увлекает за собой само пространство-время. Для чёрной дыры это проявляется в том, что орбита любого тела, проходящего достаточно близко, постепенно поворачивается — так называемая прецессия. Величина этого эффекта напрямую зависит от того, как быстро вращается чёрная дыра.
Проблема в том, что прецессия стремительно уменьшается с расстоянием: она убывает пропорционально кубу радиуса орбиты. Для большинства звёзд, известных у Sgr A*, это означает, что заметное смещение перицентра накопилось бы лишь за тысячи лет непрерывных наблюдений. S301 находится настолько близко, что эффект прецессии должен стать измеримым уже за десять лет. По оценкам исследователей, даже существующие инструменты способны отслеживать орбиту этой звезды с точностью, достаточной для оценки спина Sgr A*.
Если наблюдения подтвердят предсказания теории, это станет важнейшим шагом в понимании не только Sgr A*, но и физики чёрных дыр в целом. Дальнейшие улучшения разрешения телескопов или накопление более длинного ряда данных позволят учёным пойти ещё дальше — проверить, является ли чёрная дыра идеально сферическим объектом, или же её гравитационное поле имеет дополнительные особенности, помимо массы и спина. Такие проверки откроют новый уровень точности в исследовании самых экстремальных объектов Вселенной и, возможно, приблизят нас к ответу на вопрос, как именно устроено пространство-время в предельных условиях.
На данный момент S301 остаётся уникальным объектом — единственной известной звездой, которая способна рассказать нам о вращении Sgr A* без дополнительных технических ухищрений. Остаётся лишь терпеливо наблюдать за ней, и через каких-то десять лет мы, возможно, получим один из самых точных портретов чёрной дыры, находящейся в центре нашей Галактики.
