S301 je zvijezda s ekstremnom orbitom
- Objavljeno u Znanost
Tim iz Infracrvene/submilimetarske astronomske grupe na njemačkom Max Planck institutu za izvanzemaljsku fiziku (MPE) otkrio je novu zvijezdu koja se približava supermasivnoj crnoj rupi Sgr A* u srcu naše Mliječne staze više od bilo koje druge poznate zvijezde. Novo identificirani objekt, nazvan S301, kruži oko crne rupe u izrazito eliptičnoj orbiti s periodom od približno 8,7 godina.
Pri svom najbližem prilazu, nalazi se na nešto više od dvanaest astronomskih jedinica Strijelca A*, što je otprilike udaljenost između Sunca i Saturna. Kao rezultat toga, S301 je sada zvijezda s najkraćim poznatim orbitalnim periodom i najuže orbitom ikad opaženom u galaktičkom središtu.
Još važnije, S301 se kreće kroz područje gdje rotacija crne rupe vuče sam prostorvrijeme, fenomen koji se javlja samo u neposrednoj blizini masivnog, rotirajućeg objekta.
S301 je prvi put identificiran u proljeće 2023. pomoću instrumenta GRAVITY na interferometru Vrlo velikog teleskopa (VLTI) Europskog južnog opservatorija (ESO) u Čileu. GRAVITY, razvijen od strane međunarodnog konzorcija predvođenog MPE-om, kombinira svjetlost prikupljenu s četiri 8-metarska teleskopa, postižući kutnu rezoluciju 40 puta veću od one jednog teleskopa.
Nedavno dovršena nadogradnja na GRAVITY+ , koja uključuje novi adaptivni optički sustav i laserske zvijezde za navođenje, povećala je osjetljivost instrumenta za faktor od 10 do 100. Ova neviđena kombinacija preciznosti i osjetljivosti omogućila je otkrivanje S301, nove i izuzetno slabe zvijezde.
GRAVITY-jeva iznimna rezolucija omogućuje promatranje zvijezda u središtu Mliječne staze na skalama usporedivim s veličinom našeg Sunčevog sustava, čak i kada su izuzetno slabe. Otkriće S301 rezultat je četiri desetljeća sustavnih promatranja MPE tima. Tijekom tog razdoblja, tim je mapirao područje oko "naše" crne rupe Sgr A* sa stalno rastućom preciznošću, mjereći kretanje zvijezda i karakterizirajući masu koncentriranu u središtu Galaksije.
Orbita S301 značajno odstupa od elipse, putanje predviđene Newtonovom klasičnom teorijom gravitacije. To je jasan znak relativističkih efekata koji se javljaju samo u blizini masivne, rotirajuće crne rupe.
U igri su dva fenomena. Prvi je Schwarzschildova precesija. Ako je prostor zakrivljen oko središnje mase, kao što je u ovom slučaju supermasivna crna rupa, to utječe na orbite objekata u njegovoj blizini. Postupno pomicanje najbliže točke približavanja orbite, poznato kao napredovanje pericentra, prethodno je uočeno kod zvijezde S2.
Proizlazi iz zakrivljenosti prostor-vremena uzrokovane masom crne rupe. Schwarzschildovo rješenje opće relativnosti ostaje korisna aproksimacija za objašnjenje orbite S2, čak i za rotirajuću crnu rupu u središtu Galaksije.
Drugi fenomen je Lense-Thirringov učinak (efekt povlačenja okvira). Budući da crna rupa u središtu naše Mliječne staze nije samo izuzetno masivna, već se i rotira, uz Schwarzschildovu precesiju javlja se još jedan relativistički efekt, Lense-Thirringov učinak. Rotirajuća masa, u određenom smislu, vuče okolni prostor-vrijeme sa sobom, slično kao što rotirajuća žlica pokreće vodu u šalici. Efekt je znatno slabiji i stoga ga je teže otkriti. S301 je sada prva zvijezda kod koje je ovaj efekt oko crne rupe izmjeren.
„S301 je prva zvijezda koja kruži izravno u području oko crne rupe gdje je efekt povlačenja okvira ekstreman“, objašnjava Felix Mang, doktorand na MPE i odgovarajući autor studije objavljene u časopisu Nature. „Ne mjerimo samo zakrivljenost prostor-vremena, mjerimo kako se ona iskrivljuje rotacijom same crne rupe. To je jedinstveno.“
Kako bi izmjerili orbitu S301, znanstvenici su analizirali godine promatračkih podataka, snimljenih u rezoluciji od samo nekoliko milisekundi, što je ekvivalentno veličini automobila na Mjesecu. Položaj zvijezde praćen je kroz brojna promatranja tijekom mnogo godina.
Frank Eisenhauer, direktor u MPE-u i glavni istraživač projekata GRAVITY i GRAVITY+, raduje se: „Prilika za otkrivanje ljepote prirode u obliku ove zvijezde zaista je ostvarenje sna“, kaže. „A s GRAVITY+ i nadolazećim instrumentom MICADO, koji se trenutno razvija u međunarodnom konzorciju koji predvodi MPE za ESO Extremely Large Telescope : istražiti čudne nove svjetove, tražiti novu fiziku i vidjeti ono što nitko prije nije vidio.“