Međunarodni tim astronoma s Instituta Max Planck za izvanzemaljsku fiziku (MPE) otkrio je novu zvijezdu koja prolazi bliže supermasivnoj crnoj rupi Strijelac A* (Sagittarius A*) u središtu Mliječne staze nego bilo koje dosad poznato nebesko tijelo. Novoidentificirani objekt, nazvan S301, giba se po iznimno eliptičnoj putanji s periodom obilaženja od približno 8,7 (zemaljskih) godina.

Pri najbližem prilazu, zvijezda se približava crnoj rupi na udaljenost od tek nešto više od dvanaest astronomskih jedinica, što približno odgovara udaljenosti između Sunca i Saturna. Time je S301 postala zvijezda s najkraćim orbitalnim periodom i najužom putanjom ikada zabilježenom u galaktičkom središtu.

Juri do 25.000 km/s

Osim što se nalazi na rekordno maloj udaljenosti, S301 postiže i ekstremne brzine koje u najbližoj točki dostižu oko 25.000 kilometara u sekundi, odnosno više od osam posto brzine svjetlosti. Zbog svoje pozicije, S301 prolazi kroz regiju u kojoj rotacija supermasivne crne rupe doslovce povlači i uvija samo prostor-vrijeme, što je pojavnost poznata kao Lense-Thirringov efekt. To je ujedno prvi put da je identificirana zvijezda u zoni gdje je taj efekt dovoljno snažan za izravno promatranje i mjerenje.

Otkriće ove zvijezde predstavljalo je velik tehnološki izazov jer je S301 oko dvije milijarde puta slabijeg sjaja od Betelgeusea, jedne od najsjajnijih zvijezda na noćnom nebu. Prvi tragovi objekta uočeni su u proljeće 2023. godine pomoću instrumenta GRAVITY na Interferometru Vrlo velikog teleskopa Europskog južnog opservatorija u Čileu. Zahvaljujući naprednim sustavima adaptivne optike i novim metodama analize podataka, znanstvenici su uspjeli izdvojiti njezin slabi signal iz jakog pozadinskog svjetla susjednih zvijezda te naknadno rekonstruirati njezino kretanje sve do 2017. godine.

Putanja zvijezde ukazuje na to da je S301 vjerojatno nastala kao dio binarnog sustava dviju zvijezda koji je privukla gravitacija supermasivne crne rupe. U tom je procesu, uslijed djelovanja snažnih plimnih sila, dvojni sustav rastrgan: S301 je ostala zarobljena u uskoj orbiti oko Sagittariusa A*, dok je njezina pratilja izbačena iznimno velikom brzinom, vjerojatno dovoljnom da trajno napusti galaksiju.

Testiranje teorije relativnosti

Znanstvenici ističu da S301 otvara potpuno novo poglavlje u proučavanju fundamentalnih svojstava prostora i vremena u ekstremnim gravitacijskim uvjetima, jer je zvijezda desetak puta bliža crnoj rupi negoli ijedna dosad poznata zvijezda. Njezino proučavanje će timu omogućiti da analizom odstupanja u putanji tijekom sljedećeg bliskog prolaza, predviđenog za kraj 2031. godine, izravno izmjeri brzinu rotacije Sagittariusa A*.

Kombinacijom trodimenzionalnih podataka o kretanju zvijezde S301 i njezine brzine, astronomi očekuju da će u narednih deset godina izravno potvrditi rotaciju supermasivne crne rupe, čime će se provesti jedan od najvažnijih testova Einsteinove opće teorije relativnosti do danas. Rad koji opisuje zvijezdu S301 objavljen je u časopisu Nature.