Астрономы подобрали звезду для экспериментов со сверхмассивной черной дырой

Астрономы выяснили, что звезда S-2 вблизи сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики не имеет компаньона и достаточно массивна и ярка, чтобы с ее помощью можно было впервые напрямую зарегистрировать релятивистские эффекты, которые могут возникнуть при сближении звезды с черной дырой в этом году. Статья опубликована в The Astrophysical Journal.

В 2002 году результаты наблюдений за группой быстро движущихся звезд, известной как S-скопление, открыли существование в центре Млечного Пути сверхмассивной черной дыры, которая связана с компактным радиоисточником Стрелец А*. Небольшое расстояние до черной дыры и высокие скорости некоторых звезд скопления делают эту систему прекрасной «экспериментальной площадкой» для проверки явлений, предсказанных Общей теорией относительности (ОТО), в частности, она подходит, чтобы узнать параметры черной дыры и обнаружить отклонения в орбитальном движении близлежащих объектов.

Одна из наиболее хорошо изученных звезд — яркая молодая звезда S2 (или S0-2) спектрального класса В, которая совершает полный оборот вокруг черной дыры за 16 лет и приближается к ней на 17 световых часов, что в 4 раза больше, чем расстояние от Солнца до Нептуна. Последний раз такое сближение имело место в начале 2002 года, следующее ожидается в середине этого года. Теория относительности предсказывает, что при движении тела (звезды) вблизи достаточно массивного объекта (например, черной дыры) будет наблюдаться релятивистское красное смещение, заключающееся в сдвиге частоты излучения, испускаемого телом, в красную область спектра, а также другие эффекты, например смещение перицентра орбиты.

Ранее уже была показана возможность экспериментальной регистрации релятивистских эффектов у звезды S-2, заключающаяся в обнаружении предсказанных расхождений в параметрах ее орбиты. Тогда изменения в форме орбиты составили несколько процентов, а изменение ориентации — около одной шестой части градуса, что в пределах погрешности хорошо совпадает со значением, которое дает теория. В случае возможности регистрации релятивистского красного смещения все несколько труднее — звезда S-2 достаточно массивна, чтобы быть двойной системой, а наличие компаньона может ощутимо усложнить задачу. Поэтому, в рамках подготовки к наблюдениям, группа астрономов во главе с Девином Чу (Devin Chu) проанализировала данные наблюдений c телескопов Кека и VLT за последние 17 лет, с целью выявить признаки периодических изменений лучевой скорости звезды, что говорило бы о наличии или отсутствии у звезды спутника.

Исследователи определили минимальное и максимальное значение орбитального периода и массы возможного спутника S-2, которые составляют от нескольких до 120 дней и от 14,1 до 20 масс Солнца, однако не нашли статистически значимых признаков наличия спутника при анализе данных наблюдений. Это может означать не только, что его нет, но и то, что он маломассивен (менее 1,7 масс Солнца). Чтобы оценить влияние такого компаньона на возможность регистрации релятивистского красного смещения, ученые промоделировали поведение звезды S-2 до конца 2018 года, учитывая релятивистские эффекты и предполагая, что звезда все же двойная. В итоге астрономы пришли к выводу, что даже если звезда является двойной, релятивистское красное смещение может быть обнаружено с высокой статистической значимостью в 2018 году, несмотря на возможные небольшие отклонения в зависимости от конфигурации двойной системы. Ожидается, что значение красного смещения лучевой скорости звезды S-2 составит примерно 200 километров в секунду при наибольшем сближении с черной дырой, а фактическая скорость S-2 в это время будет близка к 8000 километров в секунду, что составляет около 2,7% от скорости света.

Ранее мы рассказывали о том, как выглядят окрестности сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, каким образом этот загадочный объект помог родиться новым звездам, а также о том, как ученые искали частицы-кандидаты на роль темной материи, излучаемые этой черной дырой.

Александр Войтюк