S301 poate măsura rotaţia lui Sagittarius A* pentru prima dată — la 8% din viteza luminii

Ceva orbitează gaura neagră centrală a Căii Lactee atât de rapid și atât de aproape, încât fizica obiectelor în rotație — nu doar a celor masive — devine în sfârșit testabilă. S301, identificată de o echipă de la Institutul Max Planck pentru Fizică Extraterestră, folosind VLTI al Observatorului European de Sud, trece la mai puțin de 1,78 miliarde de kilometri de Sagittarius A* — o distanță comparabilă cu cea dintre Soare și Saturn. O face cu aproximativ 25.000 km/s, adică 8% din viteza luminii. Nicio altă stea urmărită în această regiune a galaxiei nu s-a mișcat atât de rapid sau nu s-a apropiat atât de mult.

Ceea ce diferențiază S301 de celelalte stele rapide din apropierea centrului galactic nu este doar viteza — ci consecința. La acea proximitate, relativitatea generală a lui Einstein prezice că gaura neagră în rotație trage după ea țesătura spațiu-timpului înconjurător, un efect numit frame-dragging sau efectul Lense-Thirring. Deoarece S301 pătrunde atât de adânc în această regiune, orbita sa ar trebui să poarte amprente măsurabile ale vitezei de rotație a lui Sagittarius A*. Acest lucru nu a fost niciodată realizabil cu nicio stea cunoscută până acum.

„Cu această stea sperăm să măsurăm, în următorii 10 ani, spinul găurii negre”, a declarat Felix Mang, autorul principal al studiului și cercetător la Institutul Max Planck pentru Fizică Extraterestră. Nu există în prezent nicio măsurare directă a rotației lui Sagittarius A*. S301 ar putea produce una.

Lecturi recomandate1.775 °C separă zorii de amurg pe această planetă extraterestră — JWST a cartografiat în premieră motivul

O altă clasă de stea S

Sagittarius A* este înconjurată de un roi de stele rapide numite stele S, catalogate de-a lungul a trei decenii și folosite pentru a cartografia influența gravitațională a găurii negre. Cea mai cunoscută, S2, a oferit prima dovadă directă că Sagittarius A* are o masă de patru milioane de mase solare — o muncă pentru care Reinhard Genzel și Andrea Ghez au primit Premiul Nobel pentru Fizică în 2020. S2 atinge aproximativ 7.650 km/s la cel mai apropiat punct, aproximativ 2,5% din viteza luminii, pe o orbită de 16 ani.

S301 completează o orbită completă în 8,7 ani — mai puțin de jumătate din timp — și la apropierea maximă se mișcă de trei ori mai repede decât S2 la propriul său pericentru. Mai exact, trece la aproximativ 12 unități astronomice de Sagittarius A*, de aproximativ opt ori mai aproape decât orice altă stea S cunoscută anterior. La acea distanță, efectele relativiste generale nu doar că există; ele se acumulează în orbită într-un ritm pe care instrumentele de la Paranal îl pot urmări an de an.

Descoperirea a fost făcută folosind GRAVITY+, o îmbunătățire de ultimă generație a interferometrului original GRAVITY de la Observatorul Paranal al ESO din Chile. GRAVITY+ combină lumina de la patru telescoape de 8,2 metri pentru a atinge rezoluția unghiulară necesară pentru a individualiza stelele din roiul stelar dens și obscur de praf din jurul centrului galactic. Urmărind poziția lui S301 pe parcursul mai multor epoci de observație, echipa a reconstruit orbita completă cu suficientă precizie pentru a stabili distanța pericentrică și viteza de vârf.

De ce contează spinul

Masa lui Sagittarius A* este cunoscută de ani de zile. Dar masa este doar una dintre cele două proprietăți fundamentale pe care le poate avea o gaură neagră, alături de sarcina electrică — pe care găurile negre astrofizice sunt de așteptat să o piardă rapid în medii reale. Proprietatea rămasă este spinul. Conform soluției Kerr a ecuațiilor de câmp ale lui Einstein, o gaură neagră în rotație poartă moment cinetic, iar această rotație modelează geometria spațiu-timpului din jurul ei în moduri care depășesc ceea ce produce doar masa.

Cât de repede se rotește Sagittarius A* și în ce direcție, guvernează structura orizontului său de evenimente și orbitele oricărui obiect din apropiere. Estimările curente din metode indirecte — modelarea emisiei discului de acreție observată în imaginea din 2022 a Telescopului Orizontului Evenimentelor — sugerează că probabil se rotește cu o viteză moderată, dar incertitudinile rămân suficient de mari pentru a acoperi o mare parte din intervalul permis. O măsurare din precesiunea orbitală a lui S301 ar fi prima determinare directă.

Efectul Lense-Thirring face ca planul orbitei unei stele în jurul unui corp în rotație să preceseze — să se rotească lent — cu o viteză care este proporțională cu parametrul de spin al găurii negre. Pentru S301, echipa calculează că această precesiune se va acumula până la un nivel detectabil în următorii ani de observații cu GRAVITY+.

Ce nu stabilește încă datele

Se aplică mai multe limitări importante. Orbita lui S301 — viteza, perioada și distanța pericentrică — este acum bine stabilită. Precesiunea prin frame-dragging nu a fost încă detectată; este o măsurare viitoare care necesită urmărirea stelei pe parcursul mai multor treceri suplimentare în jurul lui Sagittarius A*.

Centrul galactic este, de asemenea, zgomotos din punct de vedere ambiental, după standardele astrofizice. Distribuția stelelor, a gazului și a materiei întunecate în regiune generează perturbații gravitaționale newtoniene care pot deplasa o orbită în moduri care imită precesiunea relativistă. Extragerea semnalului Lense-Thirring necesită modelarea și scăderea acestor contribuții, ceea ce adaugă complexitate și incertitudine măsurării finale.

În cele din urmă, descoperirea lui S301 este în sine un imbold pentru a căuta mai atent. Roiul stelar interior din jurul lui Sagittarius A* este puternic obscur de praf, iar GRAVITY+ poate sonda doar până la un anumit punct. Rămâne posibilitatea ca stele suplimentare să orbiteze și mai aproape, cu semnături orbitale care conțin amprente relativiste mai puternice sau diferite.

Întrebări frecvente despre S301 și Sagittarius A*

Cum au găsit oamenii de știință o stea atât de aproape de centrul galactic? Instrumentul GRAVITY+ al Interferometrului Very Large Telescope combină lumina de la patru telescoape de 8 metri pentru a atinge rezoluția necesară pentru a individualiza stelele din roiul dens din jurul lui Sagittarius A*. Urmărind deplasări minuscule de poziție pe parcursul mai multor ani, echipa a reconstruit orbita completă a lui S301.

Ce este frame-dragging-ul și de ce contează? O masă în rotație trage după ea țesătura spațiu-timpului — cu cât rotația este mai rapidă, cu atât tracțiunea este mai puternică. Aproape de o gaură neagră în rotație, aceasta modifică traiectoriile orbitale ale obiectelor din apropiere într-un mod care depinde atât de magnitudinea, cât și de direcția rotației. Măsurarea acestuia dintr-o orbită stelară oferă o citire directă a momentului cinetic al găurii negre — ceva ce nicio altă metodă actuală nu a realizat pentru Sagittarius A*.

Cum se compară S301 cu alte stele S din apropierea lui Sgr A*? S2, cea mai studiată stea S, atinge o apropiere maximă de aproximativ 100 de unități astronomice, pe un ciclu de 16 ani. S301 se apropie de opt ori mai mult, în 8,7 ani, cu o viteză pericentrică de trei ori mai mare. Această combinație de proximitate și perioadă scurtă o face unic de sensibilă la frame-dragging.

Va schimba acest lucru ceea ce știm despre gaura neagră a Căii Lactee? Spinul lui Sagittarius A* este în prezent neconstrâns de măsurători directe. Determinarea acestuia ar completa descrierea fizică de bază a găurii negre centrale a galaxiei noastre și ar deschide teste ale relativității generale într-un mediu rotativ cu câmp puternic, la care orbitele stelare nu au ajuns anterior.

Observațiile cu GRAVITY+ vor continua pe parcursul mai multor perioade orbitale ale lui S301. Echipa estimează că precesiunea prin frame-dragging va atinge niveluri detectabile în aproximativ un deceniu — un interval de timp suficient de scurt încât aceleași instrumente și aceeași echipă care au descoperit S301 să facă probabil chiar ei măsurarea spinului.

Referință: Mang et al., „S301: a new S star orbiting close to Sagittarius A*,” Nature, 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-10894-w

Etichete: știri, black holes, Sagittarius A*, ESO, frame-dragging, S301

Conținut similar

Un băț de săpat de 430.000 de ani este cea mai veche unealtă din lemn găsită

Enrico Fermi

Cobaltul ascundea stări cuantice care rezistă la temperatura camerei

Pământul s-a răcit timp de 60 de milioane de ani și nimeni nu știa unde a mers CO₂ — acum știm

Proiectul Manhattan

Trăim într-o simulare? Trilema lui Nick Bostrom și infodinamica lui Melvin Vopson