Felfedezték Galaxisunk leggyorsabban mozgó csillagát, amely a Tejútrendszer középpontjában található fekete lyuk körül kering szédítő sebességgel (25 ezer km/s), ami a fénysebesség egynyolcadát jelenti.

Az S301 jelű csillagot az Európai Déli Obszervatórium (ESO) Very Large Telescope Interferometer (VLTI) műszerével fedezték fel. A Nobel-díjas Reinhard Genzel, a kutatóprogram egyik alapítója szerint évtizedek óta tartó megfigyelések vezettek a felfedezéshez. Galaxisunk központi fekete lyuka, a Sagittarius A* körül keringő S301 rendkívül közel kering a Sagittarius A*-hoz, ami lehetőséget nyújt a téridő alapvető tulajdonságainak vizsgálatára ebben a szélsőséges környezetben. A csillag rendkívül közel kering a Sagittarius A*-hoz, keringési ideje mindössze 8,7 év, és a Föld–Nap távolság 12-szeresére közelíti meg a fekete lyukat, ami valamivel nagyobb, mint a Nap-Szaturnusz távolság.

A legnagyobb közelség idején a csillag nagyjából 25 ezer km/s sebességgel száguld, ezzel pedig az S301 lett a Tejútrendszer leggyorsabb ismert csillaga. Mivel az S301 ilyen közel kerül a Sagittarius A*-hoz, ez lehetővé teheti a fekete lyuk forgásának közvetlen mérését.

A csillagászok – az Univerzum legtöbb objektumához hasonlóan – úgy vélik, hogy a Sagittarius A* forog. Einstein általános relativitáselmélete szerint egy forgó fekete lyuk magával ragadja és elcsavarja a téridőt, ami hatással van a körülötte keringő csillagok pályájára. Ez a hatás annál erősebb, minél közelebb és minél gyorsabban kering egy objektum egy gyorsan forgó fekete lyukhoz. A csillagászok reményei szerint az elkövetkező tíz évben lehetőség nyílik a fekete lyuk forgásának megmérésére, ami Einstein relativitáselméletének egyik kulcsfontosságú tesztje lehetne.

Az S301 felfedezése, tekintve, hogy rendkívül halvány csillagról van szó, nem volt egyszerű feladat. A kutatócsoport az ESO chilei Paranal Obszervatóriumában működő VLTI-t és annak GRAVITY műszerét használta a megfigyelések során. A VLTI a négy darab, egyenként 8 méteres távcső fényét képes egyesíteni, ezáltal egy olyan „virtuális” távcső jön létre, amelynek felbontása 15-ször nagyobb, mint egyetlen 8 méteres távcsőé.

A VLTI és a GRAVITY által készített felvételeken jól látható az S301 jelű csillag keringése a Sagittarius A* körül. (ESO PR 2612)

A GRAVITY, majd a GRAVITY+ segítségével a kutatócsoportnak 2023 tavaszán sikerült először észrevenni a gyorsan mozgó csillagot, és azóta folyamatosan követik, hogy pontosan meghatározhassák a pályáját. Az S301 pályájának történetét egészen 2017-ig vissza tudták követni, eszerint legutóbb 2023 elején haladt el a fekete lyukhoz legközelebbi ponton.

Az S301 pályaadatai, valamint az a tény, hogy csillagok nem alakulhatnak ki ilyen közel egy nagy tömegű fekete lyukhoz, arra utalnak, hogy a csillag valaha egy kettőscsillag-rendszer része volt, amelyet a Sagittarius A* árapályhatása szakított szét. Ennek során az S301-et a fekete lyuk gravitációja foglyul ejtette, míg társcsillagát nagy sebességgel kilökte. A sebesség olyan nagy lehetett, hogy a társcsillag akár teljesen el is hagyhatta Galaxisunkat.

A GRAVITY+ műszerrel, valamint az ESO készülő Extremely Large Telescope (ELT) távcsövének MICADO műszerével végzett további megfigyelések kulcsfontosságúak lesznek az S301 pályájának követésében a következő évtized során. Az S301 legközelebb 2031-ben kerül ismét a fekete lyukhoz legközelebb. Ha legalább két teljes keringést sikerül megfigyelni, a pályája kellő pontossággal lesz meghatározható ahhoz, hogy a kutatócsoport megállapíthassa a Sagittarius A* forgását.

ESO PR 2612