Ученые измерили параметры орбиты звезды S62, которая оказалась рекордно быстро обращающейся вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. Период движения светила равен 9,9 годам, по мере движения она разгоняется до 10 процентов скорости света, приближаясь к центру масс на самое короткое расстояние из всех известных светил — 16 астрономических единиц. Продолжение наблюдений позволит сделать самые точные оценки массы черной дыры в центре Галактики, а также измерить эффекты общей теории относительности и изучить влияние мощных приливов на эволюцию звезды, пишут авторы в The Astrophysical Journal.
В непосредственной близости от Sgr A* наблюдается скопление звезд (S-звезды), которые обращаются вокруг центрального тела по различным орбитам. Наиболее изучена из них S2 — крупная и яркая звезда, которая совершает один оборот за 16 лет. Подробное исследование этих источников позволяет восстановить их орбиту, по свойствам которой сделаны самые точные на данный момент оценки массы Sgr A*. Близкие прохождения звезд около центрального объекта уже позволили проверить предсказания ОТО в случае сильных гравитационных полей. В скоплении, однако, могут найтись и более интересные объекты, поэтому астрономы следят и за другими S-звездами в центре Млечного Пути.
Флориан Пейcкер (Florian Peißker) и его коллеги из Кёльнского университета использовали данные с 2002 по 2018 год для точного определения параметров орбиты звезды S62. Оказалось, что это светило обладает самым коротким периодом обращения в 9,9 лет и подходит к Sgr A* на рекордные 16 астрономических единиц, то есть ближе, чем Уран от Солнца. Это примерно в 215 раз больше, чем радиус Шварцшильда для определенной массы Sgr A*. При этом S2 не подходит ближе 120 астрономических единиц.
Орбита звезды очень вытянута, ее эксцентриситет составляет 0,976 ± 0.002, из-за чего она периодически отдаляется на значительно большее расстояние. Определенная звездная величина в инфракрасном фильтре K составляет 16,1, что говорит о массе тела в 2,2 солнечных. Так как S2 намного ярче S62, то наблюдение прохождения более близкой звездой периботроса (ближайшей точки орбиты к черной дыре) возможно только в том случае, если S2 находится в иной фазе своей орбиты. В противном случае ее свет затмевает более слабые источники, и их точное положение установить невозможно.
Авторы отмечают, что теоретически формирование звезды такой массы возможно близко к центру галактики, но столь вытянутая орбита крайне маловероятна. Однако такая траектория вполне ожидаема в случае распада двойной под действием приливных сил сверхмассивной черной дыры. Этот сценарий предсказывает передачу части кинетической энергии одному из компонент двойной, в результате чего получается сверхскоростная звезда, а второй компонент оказывается гравитационно связан с черной дырой.
Приливное разрушение самой звезде пока не грозит, так как для этого эй необходимо подойти на 1,18 астрономических единиц, то есть примерно в 13,5 раз ближе, чем текущий периботрос. Однако это не означает, что вызванные черной дырой приливы не влияют на светило, но для определения степени это воздействия имеющихся наблюдений недостаточно.
S62 может стать идеальным кандидатом для проверки предсказаний общей теории относительности, причем как уточнения уже проведенных с S2, так и новых эффектов. Исследователям уже удалось сделать новую оценку массы черной дыры Sgr A* на уровне 4,15 ± 0.6 × 106 солнечных, что хорошо согласуется с другими оценками. Также для объекта на такой орбите предсказывает значительное релятивистское смещение перицентра на 9,9 градусов за одно прохождение. Это тот же самый эффект, что вызывает аномальное смещение перигелия Меркурия, но в данном случае он многократно сильнее. Следующее прохождение периботроса ожидается в районе марта 2023 года.
Ранее с помощью S-звезд измеряли дрейф постоянной тонкой структуры вблизи черной дыры, смещение орбиты и проверяли принцип локальной пространственной инвариантности.
