S301 – gwiazda najbliższa czarnej dziurze Drogi Mlecznej to okazja do niezwykłych badań
Badacze z Instytutu Fizyki Pozaziemskiej im. Maxa Plancka (MPE) odkryli gwiazdę najbliższą Sagittarius A*, supermasywnej czarnej dziurze w centrum Drogi Mlecznej. Gwiazda S301 znajduje się na silnie eliptycznej orbicie i obiega czarną dziurę w ciągu zaledwie 8,7 lat. W trakcie największego zbliżenia znajduje się w odległości zaledwie 12 jednostek astronomicznych od SgrA*. Pędzi wówczas z prędkością 25 000 km/s.
Najbardziej jednak istotnym aspektem badań, przeprowadzonych przez zespół GRAVITY+ Collaboration jest fakt, że S301 przemieszcza się przez obszar, w którym obracająca się czarna dziura ciągnie i skręca czasoprzestrzeń, a gwiazda odczuwa tego skutki. Gwiazda znajduje się 10-krotnie bliżej czarnej dziury niż dotychczasowy rekordzista, S2. W ciągu dekady bezpośrednio zmierzymy obrót czarnej dziury. Będzie to krok milowy dla badania ogólnej teorii względności, mówi Reinhard Genzel, dyrektor MPE i laureat Nagrody Nobla z 2020 roku.
Gwiazdę S301 po raz pierwszy zauważono wiosną 2023 roku. Stało się to możliwe dzięki instrumentowi GRAVITY na Very Large Telescope Interferometer w Europejskim Obserwatorium Południowym w Chile. Instrument ten łączy dane zebrane z czterech 8-metrowych teleskopów optycznych, dzięki czemu można uzyskać obraz 40-krotnie bardziej ostry, niż za pomocą pojedynczego teleskopu.
Orbita S301 znacząco odbiega od kształtu elipsy, którego powinna się trzymać, gdyby podlegała wyłącznie klasycznej, newtonowskiej, teorii grawitacji. Te odchylenia to dowód na zjawiska relatywistyczne, które mają miejsce w pobliżu czarnej dziury. W grę wchodzą dwa takie zjawiska. Pierwszym z nich jest precesja Schwarzschilda. Jeśli przestrzeń jest zakrzywiona wokół masy centralnej, wpływa to na orbity obiektów w pobliżu tej masy. Dochodzi do przesunięcia perycentrum – czyli stopniowego przesunięcia punktu najbliższego zbliżenia orbity. Zjawisko to zaobserwowano już w przypadku gwiazdy S2. Drugim ze zjawisk jest efekt Lensego-Thirringa spowodowany faktem, że obracająca się czarna dziura ciągnie za sobą otaczającą ją czasoprzestrzeń. To zjawisko znacznie słabsze niż poprzednie, dlatego po raz pierwszy zaobserwowano je wokół czarnej dziury właśnie w przypadku S301. Dzięki tej gwieździe naukowcy mogą badać nie tylko zakrzywienie czasoprzestrzeni powodowane obecnością dużej masy, ale również w jaki sposób zostaje ona zniekształcona przez ruch obrotowy czarnej dziury.
Śledzenie ruchu S301 jest niezwykle trudne. Naukowcy musieli przeanalizować dane zbierane przez wiele lat, które były gromadzone z rozdzielczością kilku milisekund łuku. To rozdzielczość potrzebna, by dostrzec z Ziemi samochód na powierzchni Księżyca. Jeszcze do niedawna takie obserwacje były niemożliwe. S301 świeci bardzo słabo. Jasność innych gwiazd krążących w pobliżu czarnej dziury jest około 100 000 razy większa. Nowe techniki obserwacyjne pozwoliły na wyłonienie słabego blasku S301 z jasnego tła. To zaś umożliwiło zrekonstruowanie ruchu gwiazdy w przestrzeni trójwymiarowej i, po raz pierwszy, bezpośrednią obserwację ruchu obrotowego czarnej dziury. Dzięki S301 możemy bezpośrednio mierzyć obrót czasoprzestrzeni, cieszy się Genzel.
Artykuł z opisem badań opublikowano na łamach Nature.
Komentarze (0)