Звёздный компас: S301 и измерение спина чёрной дыры ✛

Оригинал: "S301 and friends: Measuring the spin of Sgr A*"
arXiv:2607.24931v1 · 2026-07-27 · CC BY 4.0 · 2 мин
Новооткрытая звезда S301, проходящая в 30 раз ближе к чёрной дыре, чем прежний рекордсмен, позволит напрямую измерить вращение пространства-времени.

В 26 000 световых лет от Земли, в сердце Млечного Пути, звезда S301 мчится сквозь пространство на скорости 18 000 километров в секунду. Она огибает сверхмассивную чёрную дыру Sgr A* по вытянутой орбите. В точке наибольшего сближения звезду отделяют всего 280 гравитационных радиусов — примерно как от Солнца до Урана. Для сравнения, предыдущий рекордсмен S2 держался вдесятеро дальше.

Орбита S301 — чувствительнейший небесный компас. Его стрелка указывает на направление, задаваемое эффектом увлечения пространства-времени вращающейся дырой. Но рядом расположен массивный диск из газа и звёздных остатков. Его гравитационное поле медленно поворачивает орбиту, словно магнитная аномалия, сбивающая компас.

Эффект Лензе-Тирринга, вычисленный в 1918 году из уравнений Эйнштейна, заставляет вращающуюся чёрную дыру закручивать пространство-время, как воронка в водовороте. Чем ближе к дыре, тем сильнее закрутка.

Астрономы нашли способ откалибровать компас. Звёзды S2, S38 и S55 имеют почти те же дальние точки орбит, что и S301, но пролетают гораздо дальше от дыры. Их прецессия практически полностью определяется диском — закрутку пространства-времени они почти не ощущают. Эти опорные звёзды работают как калибровочные магниты: измеряя их движение, мы восстанавливаем карту гравитационных аномалий и вычитаем её из показаний S301. Сигнал же вращения дыры у S301 в 30 раз сильнее, чем у S2.

Но и это не всё. Орбита S301 испытывает прецессию, описанную Шварцшильдом, — около 2° за оборот. Из-за неё вклад диска меняется от периода к периоду, тогда как эффект Лензе-Тирринга постоянен. Это дополнительный временно́й ключ к разделению сигналов.

Прямое измерение спина Sgr A* проверит теорему об отсутствии волос: чёрная дыра описывается лишь массой, спином и зарядом. Это также расскажет, как росло ядро нашей Галактики — сливались ли дыры или вещество падало упорядоченно.

Стрелка компаса S301 уже начала свой медленный разворот. С новыми инструментами — телескопом ELT и усовершенствованным интерферометром GRAVITY+ — точность возрастёт на порядок. Через пару десятилетий астрономы нанесут гравитационную карту центра Галактики с беспрецедентной детализацией, отделят вихрь от дрейфа и впервые увидят вращение самого пространства-времени.

Перицентр S301 — всего 280 гравитационных радиусов, что примерно равно расстоянию от Солнца до Урана. На таком удалении от чёрной дыры звезда разгоняется до 6% от скорости света — 18 тысяч километров в секунду. Если бы мы построили звездолёт, движущийся с такой скоростью, он добрался бы до Проксимы Центавра за 70 лет.

Идея измерить спин чёрной дыры по движению близких звёзд напоминает кульминацию фильма «Интерстеллар», где герои исследуют вращающуюся чёрную дыру Гаргантюа. В жизни всё скромнее: Sgr A* в миллионы раз массивнее, но спин может оказаться умеренным — и тем не менее его измерение станет эпохальным.

\Delta\Omega_{\rm LT} = \frac{4\pi\chi}{(1-e^2)^{3/2}\sin i}\left(\frac{r_g}{a}\right)^{3/2}\sin\beta\sin\lambda
Пропорциональна спину χ и сильно зависит от перицентра (r_p = a(1-e))
\Delta\Omega_{\rm disk} \sim \frac{M_{\rm disk}}{M_{\rm BH}} g(e,\alpha)\cos i
Определяется апоцентром и почти не зависит от перицентра
Учёные
Jacob BekensteinStephen HawkingFritz ZwickyBernhard RiemannJoseph WeberKarl Schwarzschild
Понятия
прецессия перекос орбит звёзд и планет скорость вращения момент силы угловая секунда кривая вращения галактики