В центре Млечного Пути находится Sagittarius A* — сверхмассивная чёрная дыра массой около 4,3 миллиона Солнц. Астрономы не могут увидеть саму чёрную дыру, зато могут следить за звёздами, которые обращаются вокруг неё. И недавно среди них обнаружили особенно интересную — S301.

Она совершает полный оборот вокруг Sagittarius A* всего за 8,7 года по чрезвычайно вытянутой орбите. В ближайшей точке S301 подходит к чёрной дыре примерно на 1,78 миллиарда километров — это около 12 расстояний от Земли до Солнца.

В этот момент звезда разгоняется примерно до 25 000 км/с, то есть более чем до 8% скорости света. Это делает S301 самой быстрой известной звездой Млечного Пути среди тех, чьё движение удалось проследить.

Но скорость здесь не самое интересное. S301 подходит достаточно близко к Sagittarius A*, чтобы её орбита могла испытывать влияние вращения самой чёрной дыры.

Согласно общей теории относительности, вращающийся массивный объект слегка «увлекает» за собой пространство-время. Это называется эффектом Лензе—Тирринга. В результате орбита находящегося рядом объекта должна постепенно менять свою ориентацию.

Этот эффект уже измеряли возле Земли, но рядом со сверхмассивной чёрной дырой гравитация несравнимо сильнее. Проблема заключалась в том, что до сих пор у астрономов не было достаточно удобной звезды для таких наблюдений.

Например, знаменитая S2 уже позволила проверить гравитационное красное смещение и прецессию орбиты, предсказанные общей теорией относительности. Но эффект от вращения Sagittarius A* гораздо слабее. А S301 движется быстрее и подходит значительно ближе — примерно на 280 гравитационных радиусов от чёрной дыры.

По расчётам, если наблюдения продолжатся, влияние вращения Sagittarius A* на орбиту S301 может стать измеримым примерно в течение ближайших десяти лет. Это позволит определить спин чёрной дыры и проверить, соответствует ли пространство-время вокруг неё метрике Керра, предсказываемой общей теорией относительности.

Вращение интересно и по другой причине. Оно может рассказать о прошлом Sagittarius A*. Длительное падение вещества преимущественно в одном направлении способно сильно раскрутить чёрную дыру, тогда как хаотическая аккреция и слияния оставляют другой след.

Обнаружить S301 было непросто: на нашем небе она примерно в два миллиарда раз тусклее Бетельгейзе. Для наблюдений использовали интерферометр VLTI и инструмент GRAVITY, объединяющий свет четырёх 8-метровых телескопов VLT. Звезду уверенно обнаружили в данных 2023 года, а затем нашли и на более ранних наблюдениях, восстановив её движение до 2017 года.

Есть ещё одна загадка — происхождение её экстремальной орбиты. Возможно, когда-то S301 была частью двойной системы, слишком близко подошедшей к Sagittarius A*. Чёрная дыра разорвала пару: одну звезду захватила, а вторую выбросила с огромной скоростью. Это так называемый механизм Хиллса.

Более того, предполагается, что вторым компонентом могла быть известная гиперскоростная звезда S5-HVS1, траектория которой указывает на центр Млечного Пути. Пока это лишь гипотеза, которую ещё предстоит проверить.

Следующее особенно важное сближение S301 с Sagittarius A* произойдёт в 2031 году. К этому времени астрономы смогут использовать не только GRAVITY+, но и Extremely Large Telescope. Наблюдение нескольких оборотов позволит искать крошечное изменение орбиты, вызванное вращением чёрной дыры.

Именно поэтому S301 интересна гораздо больше, чем просто очередной рекордсмен скорости. По сути, природа сама поместила рядом со сверхмассивной чёрной дырой естественный гравитационный зонд. Наблюдая за его движением, мы можем измерять свойства пространства-времени в условиях, до которых никогда не доберётся ни один созданный человеком аппарат.