Jak szybko porusza się najszybsza gwiazda w Drodze Mlecznej?

Najszybsza gwiazda w Drodze Mlecznej została odkryta przez astronomów badających otoczenie Sagittarius A*. Obiekt S301 porusza się z prędkością około 25 tys. km/s i w ciągu zaledwie 8,7 roku wykonuje pełne okrążenie wokół supermasywnej czarnej dziury znajdującej się w centrum naszej galaktyki.

Najszybsza gwiazda w Drodze Mlecznej

W ramach nowego badania naukowcy odkryli najszybszą znaną gwiazdę w Drodze Mlecznej, która krąży wokół czarnej dziury znajdującej się w jej centrum. Obiekt o nazwie S301 został wykryty za pomocą Very Large Telescope Interferometer (VLTI) należącego do Europejskiego Obserwatorium Południowego (ESO). Zdaniem astronomów osiąga ona prędkość 25 tys. km/s, krążąc wokół supermasywnej czarnej dziury o masie czterech milionów mas Słońca. Zbliża się do niej bardziej niż jakakolwiek wcześniej zaobserwowana gwiazda, tak blisko, że odczuwa wpływ rotacji gęstszego obiektu centralnego. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Nature”.

Badacze podkreślają, że odkrycie S301 jest efektem trwających od dziesięcioleci obserwacji gwiazd krążących wokół centralnej czarnej dziury Drogi Mlecznej, Sagittarius A*. Ich zdaniem jej wyjątkowo bliska orbita otwiera nowe możliwości badania fundamentalnych właściwości czasoprzestrzeni w ekstremalnym otoczeniu czarnej dziury.

Naukowcy zwracają uwagę, że S301 krąży wokół Sagittarius A* po bardzo ciasnej orbicie, której pełne okrążenie zajmuje zaledwie 8,7 roku. Gwiazda zbliża się do czarnej dziury na odległość około 12 razy większą od odległości Ziemi od Słońca, co nie zostało nigdy dotychczas zarejestrowane.

Podczas najbliższego przejścia obok czarnej dziury gwiazda porusza się z prędkością około 25 tys. kilometrów na sekundę. Stanowi to ponad 8 proc. prędkości światła. Tym samym S301 jest najszybszą znaną gwiazdą w Drodze Mlecznej. Zbliża się również do Sagittarius A* bardziej niż jakikolwiek inny zaobserwowany dotąd obiekt podobnego typu, podchodząc do czarnej dziury na odległość odpowiadającą mniej więcej odległości Saturna od Słońca. Dzięki temu S301 jest pierwszą znaną gwiazdą, którą można wykorzystać do bezpośredniego pomiaru rotacji czarnej dziury.

Rotacja Sagittarius A* i test ogólnej teorii względności

Podobnie jak w przypadku większości obiektów we Wszechświecie, astronomowie przewidują, że Sagittarius A* wiruje. Jak opisują naukowcy, zgodnie z ogólną teorią względności Einsteina wirująca czarna dziura porywa ze sobą czasoprzestrzeń i ją skręca, wpływając w ten sposób na orbity otaczających ją gwiazd. Efekt ten jest silniejszy w przypadku obiektów krążących blisko szybko wirujących czarnych dziur.

Badacze mają nadzieję, że obserwacje S301 pozwolą w ciągu najbliższych 10 lat zmierzyć rotację czarnej dziury. Byłby to pierwszy tak bezpośredni pomiar rotacji tego typu obiektu, a uzyskane wyniki stanowiłyby ważny test ogólnej teorii względności Einsteina.

Obserwacje S301 i jej przyszłe zbliżenie do czarnej dziury

Jak podkreślają badacze, odkrycie S301 nie było łatwym zadaniem. W tym celu wykorzystali VLTI, znajdujący się w Obserwatorium ESO Paranal w Chile, oraz instrument GRAVITY+. Astronomowie po raz pierwszy dostrzegli nową gwiazdę wiosną 2023 roku i od tego czasu śledzili jej ruch, aby dokładnie określić orbitę. Udało im się również prześledzić historię orbitalną S301 aż do 2017 roku, ustalając, że po raz ostatni zbliżyła się do centralnej czarnej dziury na początku 2023 roku.

Właściwości orbity S301 oraz fakt, że gwiazdy nie mogą powstawać tak blisko masywnej czarnej dziury, zdaniem badaczy wskazują, że gwiazda prawdopodobnie była częścią układu podwójnego, który został rozerwany przez siły pływowe Sagittarius A*. W tym procesie S301 została uwięziona przez grawitację czarnej dziury, podczas gdy jej towarzysz został wyrzucony z dużą prędkością, najprawdopodobniej wystarczającą, aby całkowicie opuścić galaktykę.

Gwiazda podczas kolejnego zbliżenia w 2031 roku ponownie zbliży się do czarnej dziury. Obserwacja co najmniej dwóch pełnych orbit S301 prawdopodobnie pozwoli astronomom określić jej trajektorię z wystarczającą precyzją, aby po raz pierwszy bezpośrednio wyznaczyć rotację Sagittarius A*.

Emil Gołoś