Стрелец A*

Стрелец A* — сверхмассивная чёрная дыра в сердце Млечного Пути, неподвижная точка, вокруг которой медленно вращается вся галактика, включая наше Солнце. Она содержит массу примерно в 4,3 миллиона раз больше солнечной, и всё же вся эта масса сжата в область не шире орбиты Меркурия, на расстоянии около 27 000 световых лет от нас, в направлении созвездия Стрельца.

Её название (произносится «Стрелец А со звёздочкой») не похоже ни на одно планетное имя: звёздочка отмечает компактный, яркий радиоисточник, скрытый внутри более крупного комплекса Стрелец A. В 2022 году она стала лишь второй чёрной дырой, когда-либо сфотографированной напрямую, — после гиганта в галактике M87, — но эта находится в нашем собственном космическом дворе.

Не место, а граница

У чёрной дыры нет поверхности. То, что мы называем её «размером», на самом деле горизонт событий — граница одностороннего движения, из-за которой не может вырваться даже свет. Для массы в 4,3 миллиона солнечных этот горизонт имеет радиус около 12,7 миллиона км — примерно в восемнадцать раз шире Солнца, но достаточно мал, чтобы комфортно уместиться внутри орбиты Меркурия. Всё, что находится внутри, навсегда скрыто от нас.

Стрелец A* — вращающаяся, или керровская, чёрная дыра. Моделирование её аккреционного потока и рентгеновских вспышек предполагает, что она может вращаться довольно быстро — оценки группируются в диапазоне примерно от 0,5 до 0,9 от теоретического максимума в 1, — а значит, она увлекает за собой саму ткань пространства, хотя точное значение остаётся неопределённым. У неё нет «температуры» в обычном смысле, но разрежённая плазма, по спирали падающая внутрь неё, разогревается примерно до десяти миллиардов градусов, испуская тот самый свет, благодаря которому мы вообще можем её увидеть.

Фотография, для которой понадобилась планета

12 мая 2022 года коллаборация Event Horizon Telescope представила первое прямое изображение Стрельца A*: светящееся оранжевое кольцо перегретого газа, окружающее тёмную центральную тень. Эта тень занимает на небе всего 51,8 микросекунды дуги — коллаборация сравнила эту задачу с попыткой разглядеть пончик на поверхности Луны.

Ни один отдельный радиотелескоп не смог бы разрешить нечто столь крошечное. Вместо этого восемь радиообсерваторий, разбросанных от чилийской пустыни Атакама до Испании, Гавайев, Аризоны, Мексики и Южного полюса, были объединены в виртуальный телескоп размером со всю Землю, направленный на центр Галактики в апреле 2017 года. Газ вокруг Стрельца A* мчится почти со скоростью света и совершает оборот всего за несколько минут, так что его облик мерцал даже во время сбора данных, — одна из причин, почему на анализ ушло на пять лет больше, чем на более раннее изображение M87.

Звёзды, выдавшие её присутствие

Задолго до какой-либо фотографии чёрная дыра выдала себя через гравитацию. Десятилетиями две команды — под руководством Райнхарда Генцеля в Германии и Андреа Гез в США — использовали крупнейшие телескопы мира, чтобы отслеживать отдельные звёзды, стремительно облетающие невидимую точку в центре Галактики. Одна из звёзд, каталогизированная как S2, обращается вокруг Стрельца A* по тесной 16-летней орбите и в мае 2018 года прошла на расстоянии около 18 миллиардов км от него со скоростью почти в три процента скорости света.

Свет этой звезды растянулся в сторону более красных длин волн, выбираясь из гравитационного колодца чёрной дыры, — гравитационное красное смещение, в точности предсказанное общей теорией относительности Эйнштейна. Эти многолетние наблюдения звёздных орбит позволили определить массу чёрной дыры с точностью до долей процента и принесли Генцелю и Гез долю Нобелевской премии по физике 2020 года, разделённую также с Роджером Пенроузом.

Удивительно тихое чудовище

Для своих масштабов Стрелец A* удивительно спокоен. Она не разрывает звёзды на части и не извергает излучение квазарного масштаба; она поглощает лишь около стотысячной доли солнечной массы вещества в год, причём значительная часть даже этого количества выбрасывается обратно прежде, чем успевает упасть внутрь. По сравнению с активно питающимися чёрными дырами в далёких галактиках наша собственная практически бездействует.

Впрочем, она не совсем безмолвна. Космические телескопы, такие как «Чандра» и NuSTAR NASA, регулярно фиксируют её рентгеновские вспышки — кратковременные всплески яркости, предположительно возникающие из-за магнитной активности в падающем внутрь газе. Есть также намёки, полученные из древних световых эхо, что примерно два столетия назад Стрелец A* была значительно активнее.

От радиовсплеска до галактического якоря

Стрелец A* был обнаружен 13 и 15 февраля 1974 года Брюсом Баликом и Робертом Брауном, зафиксировавшими необычно компактный радиоисточник в центре Галактики с помощью радиоинтерферометра в Грин-Бэнк. Позднее Браун предложил само название — добавив звёздочку, чтобы обозначить, что источник «возбуждён», по аналогии с обозначением возбуждённых атомов, — и это имя закрепилось.

Сегодня известно, что эта тусклая радиоточка отмечает гравитационный якорь Млечного Пути — центр, вокруг которого обращаются несколько сотен миллиардов звёзд, включая наше Солнце, совершающее один оборот примерно за 230 миллионов лет.

Почему её нельзя увидеть

В отличие от планеты или кометы, Стрелец A* невозможно разглядеть невооружённым глазом. Она скрыта за плотными облаками межзвёздной пыли, почти полностью блокирующими видимый свет, поэтому её и обнаружили в радиодиапазоне, и изучают сегодня в радио-, инфракрасном и рентгеновском диапазонах, а не в оптическом. Что вы можете сделать — это посмотреть в сторону созвездия Стрельца, низко над горизонтом летним небом в Северном полушарии, и знать, что самые плотные звёздные облака Млечного Пути там скрывают в самом своём центре тень массой в четыре миллиона солнечных, для фотографирования которой понадобился телескоп размером с целую планету.