Астрономы зарегистрировали звезду S301, движущуюся по орбите вокруг сверхмассивной чёрной дыры, Стрелец A*находящейся в центре Млечного Пути. В момент наименьшего расстояния до чёрной дыры её скорость достигает приблизительно 25 тысяч километров в секунду, что составляет свыше 8 процентов скорости света. Этот показатель является самым высоким из когда-либо зафиксированных для звёзд в нашей Галактике.

Обнаружение S301 стало возможным благодаря инструменту GRAVITY, интегрированному в комплекс Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории, расположенного в Чили. Первоначальные наблюдения были осуществлены весной 2023 года, однако исследователям удалось реконструировать траекторию звезды, используя данные, собранные с 2017 года. S301 завершает полный оборот вокруг Стрельца A* за период около 8,7 лет.

Орбита небесного тела демонстрирует значительное вытягивание. Наименьшее расстояние до чёрной дыры S301 составляет приблизительно в двенадцать раз больше радиуса Земной орбиты. Этот параметр оказывается ближе к Стрельцу A*, чем для любой другой ранее зарегистрированной звезды. Максимальная скорость объекта достигается именно в момент сближения с центральным объектом Галактики.

Близость к центральной области Галактики делает S301 ценным объектом для исследования процесса вращения. сверхмассивной чёрной дыры. Стрелец A*, обладающий массой приблизительно равной четырем миллионам масс Солнца, предположительно вращается вокруг своей оси. Тем не менее, непосредственное определение скорости этого вращения представляет собой крайне сложную задачу.

В рамках общей теории относительности, вращающаяся чёрная дыра деформирует окружающее пространство-время. Этот феномен, известный как эффект Лензе — Тирринга или увлечение системы отсчёта, приводит к небольшим изменениям в траекториях объектов, находящихся вблизи чёрной дыры. Интенсивность этого воздействия возрастает по мере уменьшения расстояния до неё.

В течение многих лет астрономы ведут наблюдения за звёздами, обращающимися вокруг Стрельца A*. Звезда S2 является одним из наиболее известных объектов в этом ряду и ранее использовалась для подтверждения предсказаний общей теории относительности. Однако звезда S301 проходит на значительно меньшем расстоянии от чёрной дыры и движется по более вытянутой орбите, что должно приводить к более выраженному влиянию вращения Стрельца A* на её траекторию.

Ожидается, что следующее максимальное сближение звезды S301 с чёрной дырой произойдёт в 2031 году. Использование усовершенствованного инструмента GRAVITY+ и будущего Чрезвычайно большого телескопа ESO позволит проводить отслеживание движения этой звезды с высокой степенью точности.

Исследователи планируют проследить как минимум два полных оборота S301 вокруг чёрной дыры. В случае успешного отделения влияния вращения Стрельца A* от других гравитационных возмущений, присутствующих в центре Галактики, наблюдения могут впервые предоставить возможность прямого измерения параметра вращения сверхмассивной чёрной дыры. Это также станет дополнительной проверкой общей теории относительности в одной из наиболее экстремальных гравитационных сред, доступных для наблюдений.

Исследователи полагают, что звезда S301 не могла сформироваться в текущем местоположении. На столь малом удалении от Стрельца A* мощное гравитационное поле чёрной дыры препятствует обычному процессу звездообразования из газовых облаков.

Одним из вероятных объяснений является гипотеза Хиллса. Согласно этой модели, S301 изначально являлась частью двойной звёздной системы, которая приблизилась к сверхмассивной чёрной дыре на критически малое расстояние. Гравитационное воздействие могло привести к распаду этой системы: одна звезда оказалась на очень близкой орбите вокруг Стрельца A*, а другая получила достаточную кинетическую энергию для вылета из центра Галактики.

Согласно теоретическим расчетам, подобная звезда-компаньон потенциально могла бы развиться в одну из высокоскоростных звёзд и даже покинуть пределы Млечного Пути. Тем не менее, на текущий момент установленная взаимосвязь между S301 и каким-либо определенным небесным телом отсутствует.

Для изучения S301 учёным потребовалось объединить световой поток от четырех телескопов комплекса VLT, каждый из которых имеет апертуру 8,2 метра, используя метод интерферометрии. Объект отличается крайне низкой светимостью и расположен в области с высокой концентрацией звёзд, направленной к центру Галактики. Планируемые наблюдения до момента сближения со Стрельцом A* в 2031 году должны позволить более точно установить характеристики орбиты и выяснить, возможно ли выявить воздействие вращения сверхмассивной чёрной дыры.

Исследование опубликовано в журнале Nature.