Astronomowie gwiazdę, która okrąża czarną dziurę w centrum Drogi Mlecznej w zaledwie 8,7 roku. W najbliższym punkcie orbity S301 rozpędza się do około 25 tys. km na sekundę, czyli ponad 8 proc. prędkości światła. Jej ruch może pozwolić po raz pierwszy bezpośrednio zmierzyć, jak szybko obraca się supermasywna czarna dziura Sagittarius A*

S301 znajduje się w samym centrum Drogi Mlecznej, około 26 tys. lat świetlnych od Ziemi. Krąży wokół Sagittarius A*, czarnej dziury o masie około 4,3 mln Słońc. Astronomowie znają już kilkadziesiąt gwiazd poruszających się w tym rejonie, ale żadna z dotychczas poznanych nie obiega czarnej dziury tak szybko.

Rekordzistka przy czarnej dziurze

Orbita S301 jest bardzo wydłużona. Przez większość czasu gwiazda znajduje się stosunkowo daleko od Sagittarius A*, ale raz na 8,7 roku przelatuje bardzo blisko niej. W najbliższym punkcie dzieli je odległość odpowiadająca około 12 odległościom Ziemi od Słońca. To właśnie wtedy S301 osiąga prędkość około 25–25,6 tys. km na sekundę. To 8,3–8,5 proc. prędkości światła i największa prędkość gwiazdy zmierzona dotąd w Drodze Mlecznej. Dla porównania Ziemia porusza się wokół Słońca z prędkością około 30 km na sekundę.

S301 zauważono po raz pierwszy wiosną 2023 roku za pomocą instrumentu GRAVITY, działającego w interferometrze VLTI Europejskiego Obserwatorium Południowego w Chile. Instrument łączy światło z czterech dużych teleskopów, dzięki czemu pozwala rozróżniać pojedyncze gwiazdy znajdujące się bardzo blisko Sagittarius A*.

Naukowcy obserwowali S301 w kolejnych latach oraz odnaleźli ją na starszych zdjęciach z 2021 i 2017 roku. Dzięki temu mogli odtworzyć jej ruch i wyznaczyć orbitę. Okazało się, że pełne okrążenie Sagittarius A* zajmuje jej zaledwie 8,7 roku. Dla porównania S55 potrzebuje na to około 12 lat, a dobrze poznana S2 – około 16 lat.

Czarna dziura zmienia orbitę gwiazdy

W pobliżu tak masywnej czarnej dziury ruch gwiazdy nie daje się już dokładnie opisać prawami Newtona. Zgodnie z ogólną teorią względności Einsteina po każdym okrążeniu orbita S301 powinna się nieco przesuwać. Taki efekt już zaobserwowano – wynosi około dwóch stopni na każde okrążenie.

S301 może jednak pozwolić wykryć coś jeszcze: wpływ obrotu samej czarnej dziury. Obracająca się masa „wlecze” za sobą czasoprzestrzeń, przez co może delikatnie zmieniać orbitę obiektów znajdujących się w pobliżu. Zjawisko to nazywa się efektem Lensego-Thirringa.

W przypadku wcześniej znanych gwiazd taki efekt był zbyt słaby i wymagałby obserwacji trwających dziesięciolecia. S301 zbliża się do Sagittarius A* znacznie bardziej, dlatego potrzebny czas może skrócić się do około dekady.

„Po raz pierwszy moglibyśmy bardzo bezpośrednio zmierzyć obrót masywnej czarnej dziury, co byłoby ważnym testem teorii Einsteina” – powiedział The Guardian dr Stefan Gillessen z Instytutu Fizyki Pozaziemskiej Maxa Plancka.

Autorzy badania przeprowadzili symulacje obejmujące obserwacje do 2035 roku. Zakładają, że rozwijany instrument GRAVITY+ oraz przyszły Ekstremalnie Wielki Teleskop ELT będą wystarczająco dokładne, by określić tempo obrotu Sagittarius A*. Szczególnie ważne będzie kolejne zbliżenie S301 do czarnej dziury, spodziewane około 2031 roku.

Pomiar może utrudniać grawitacja innych gwiazd i niewidocznych czarnych dziur znajdujących się w pobliżu. Symulacje wskazują jednak, że ich wpływ powinien być mniejszy niż efekt obrotu Sagittarius A* i dać się od niego odróżnić.

Z jasności S301 astronomowie wnioskują, że jest zwykłą gwiazdą ciągu głównego o masie około 1,1–1,5 masy Słońca. Nie grozi jej wpadnięcie do czarnej dziury. Jej orbita przebiega daleko poza horyzontem zdarzeń, a siły pływowe nie powinny jej rozerwać.

Źródła:

K. Abd El Dayem i in., „Discovery of a star sensitive to the spin of Sagittarius A*”, Nature, 2026, DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-026-10894-w

Hannah Devlin, „Astronomers detect fastest known star in Milky Way”, The Guardian, 19 sierpnia 2026: https://www.theguardian.com/science/2026/aug/19/astronomers-detect-fastest-known-star-in-milky-way-s301

• Nauki ścisłe i nauki o Ziemi