За одну секунду звезда S2 могла бы семь раз пересечь расстояние от Москвы до Владивостока. В 2018 году возле центра Млечного Пути она разогналась примерно до 7650 километров в секунду. И всё же её не выбросило из Галактики.
2. Кто устроил этот разгон
В центре Млечного Пути находится радиоисточник Стрелец A*. За ним скрывается сверхмассивная чёрная дыра массой около четырёх миллионов Солнц.
S2 — одна из звёзд, обращающихся очень близко к Стрельцу A*. Её орбита сильно вытянута и занимает около 16 лет. При сближении с чёрной дырой звезда резко ускоряется.
В мае 2018 года S2 прошла ближайшую точку орбиты на расстоянии порядка 120 астрономических единиц от центра. Для чёрной дыры такой массы это очень близко, хотя до горизонта событий всё ещё далеко.
3. Почему звезда не падает внутрь
Орбита — это постоянное падение мимо центра. S2 притягивается чёрной дырой, но одновременно имеет большую поперечную скорость. Пока энергии достаточно, траектория огибает центральный объект.
Чем ближе звезда подходит к чёрной дыре, тем больше её потенциальная энергия превращается в кинетическую. После прохождения ближайшей точки движение снова замедляется.
4. Как измеряют такую скорость
Центр Млечного Пути скрыт облаками пыли. Наблюдения ведут в инфракрасном диапазоне, который лучше проходит сквозь завесу. Инструменты ESO измеряли положение и спектр S2 с исключительной точностью.
Движение по небу даёт поперечную составляющую скорости. Сдвиг линий в спектре показывает, приближается звезда к нам или удаляется. Объединив данные, исследователи восстанавливают трёхмерную орбиту.
В 2020 году Нобелевскую премию по физике разделили Роджер Пенроуз, Райнхард Генцель и Андреа Гез. Группы Генцеля и Гез независимо показали, что в центре Галактики находится чрезвычайно массивный и компактный объект.
5. Что говорит наука
Подтверждено: у ближайшей точки орбиты S2 достигла скорости примерно 7650 километров в секунду. Её свет испытал гравитационное красное смещение и релятивистский поперечный эффект Доплера. Результат совпал с общей теорией относительности.
Также обнаружена шварцшильдовская прецессия: после каждого оборота эллипс орбиты немного поворачивается.
Общепринятое объяснение — сверхмассивная чёрная дыра Стрелец A*. Альтернативное скопление тёмных компактных тел должно было бы быть невероятно плотным и быстро разрушилось бы.
6. Итог
Итак, звёзды у центра Галактики разгоняются до тысяч километров в секунду потому, что обращаются вокруг массы четырёх миллионов Солнц, собранной в крошечной области. S2 не просто спешит: она каждую орбиту пишет в небе проверку законов Эйнштейна.
Предложите в комментариях, какой космический рекорд разобрать следующим.
