S301 er Mælkevejens hurtigste stjerne og kan endelig måle Sagittarius A*s rotation

Noget kredser om Mælkevejens centrale sorte hul så hurtigt og så tæt, at fysikken omkring roterende objekter – ikke kun massive – endelig bliver testbar. S301, identificeret af et hold ved Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics ved hjælp af European Southern Observatorys VLTI, passerer inden for 1,78 milliarder kilometer fra Sagittarius A* – en afstand, der kan sammenlignes med afstanden mellem Solen og Saturn. Det gør det med omkring 25.000 km/s, eller 8% af lysets hastighed. Ingen anden stjerne, der er sporet i denne region af galaksen, har bevæget sig så hurtigt eller kommet så tæt på.

Hvad der adskiller S301 fra de andre hurtigt bevægende stjerner nær det galaktiske centrum, er ikke kun hastigheden – det er konsekvensen. Ved den nærhed forudsiger Einsteins generelle relativitetsteori, at det roterende sorte hul trækker den omgivende rumtid med sig, en effekt kaldet frame-dragging eller Lense-Thirring-effekten. Fordi S301 passerer så dybt ind i denne region, bør dens kredsløb bære målbare aftryk af, hvor hurtigt Sagittarius A* roterer. Det har aldrig været opnåeligt med nogen kendt stjerne.

“Med denne stjerne håber vi på at måle, inden for de næste 10 år, det sorte huls spin,” sagde Felix Mang, hovedforfatter af studiet og forsker ved Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics. Der findes i øjeblikket ingen direkte måling af Sagittarius A*s rotation. S301 kunne producere en.

Anbefalet læsningLHS 1140 b afslører den første atmosfære i beboelig zone

En anden klasse af S-stjerne

Sagittarius A* er omgivet af en klynge af hurtigt bevægende stjerner kaldet S-stjerner, katalogiseret over tre årtier og brugt til at kortlægge det sorte huls gravitationelle indflydelse. Den bedst kendte, S2, gav det første direkte bevis for, at Sagittarius A* har en masse på fire millioner solmasser – arbejde, der indbragte Reinhard Genzel og Andrea Ghez Nobelprisen i fysik i 2020. S2 når omkring 7.650 km/s ved nærmeste tilgang, cirka 2,5% af lysets hastighed, på en 16-årig bane.

S301 fuldfører et helt kredsløb på 8,7 år – mindre end halvdelen af tiden – og bevæger sig ved nærmeste tilgang tre gange hurtigere end S2 ved sit eget pericenter. Mere væsentligt passerer den cirka 12 astronomiske enheder fra Sagittarius A*, omkring otte gange tættere end nogen tidligere kendt S-stjerne. Ved den afstand eksisterer generelle relativistiske effekter ikke blot; de akkumuleres i kredsløbet med en hastighed, som instrumenterne ved Paranal kan følge år for år.

Opdagelsen blev gjort ved hjælp af GRAVITY+, en næste generations opgradering af den originale GRAVITY-interferometer ved ESOs Paranal-observatorium i Chile. GRAVITY+ kombinerer lys fra fire 8,2 meter teleskoper for at opnå den vinkelopløsning, der er nødvendig for at skelne individuelle stjerner i den tætte, støvtilslørede stjerneklynge omkring det galaktiske centrum. Ved at følge S301s position over flere observationsepoker rekonstruerede holdet dens fulde kredsløb med tilstrækkelig præcision til at fastslå pericenterafstanden og topfarten.

Hvorfor spin betyder noget

Massen af Sagittarius A* har været kendt i årevis. Men masse er kun en af de to grundlæggende egenskaber, et sort hul kan have, sammen med elektrisk ladning – som astrofysiske sorte huller forventes hurtigt at miste i virkelige miljøer. Den tilbageværende egenskab er spin. Ifølge Kerr-løsningen af Einsteins feltligninger bærer et roterende sort hul vinkelmomentum, og den rotation former rumtidens geometri omkring det på måder, der går ud over, hvad massen alene producerer.

Hvor hurtigt Sagittarius A* roterer, og i hvilken retning, styrer strukturen af dets begivenhedshorisont og banerne for alt i nærheden. Nuværende estimater fra indirekte metoder – modellering af akkretionsskivens emission observeret i Event Horizon Telescope-billedet fra 2022 – antyder, at det sandsynligvis spinner med en moderat hastighed, men usikkerheden er stadig stor nok til at dække meget af det tilladte interval. En måling fra S301s orbitale præcession ville være den første direkte bestemmelse.

Lense-Thirring-effekten får planet for en stjernes bane omkring et roterende legeme til at præcessere – langsomt at rotere – med en hastighed, der skalerer med det sorte huls spin-parameter. For S301 beregner holdet, at denne præcession vil akkumulere til et detekterbart niveau i løbet af de kommende års observationer med GRAVITY+.

Hvad dataene endnu ikke fastslår

Flere vigtige grænser gælder. S301s bane – dens hastighed, periode og pericenterafstand – er nu veletableret. Frame-dragging-præcessionen er endnu ikke blevet detekteret; det er en fremtidig måling, der kræver at observere stjernen over flere yderligere passager omkring Sagittarius A*.

Det galaktiske centrum er også miljømæssigt støjende efter astrofysiske standarder. Fordelingen af stjerner, gas og mørk stof i regionen genererer newtonske gravitationelle perturbationer, der kan flytte en bane på måder, der efterligner relativistisk præcession. At udtrække Lense-Thirring-signalet kræver modellering og subtraktion af disse bidrag, hvilket tilføjer kompleksitet og usikkerhed til den endelige måling.

Endelig er opdagelsen af S301 i sig selv en opfordring til at søge mere omhyggeligt. Den indre stjerneklynge omkring Sagittarius A* er stærkt tilsløret af støv, og GRAVITY+ kan kun sondere så langt. Muligheden består, at yderligere stjerner kredser endnu tættere på, med orbitale signaturer, der indeholder stærkere eller anderledes relativistiske aftryk.

Almindelige spørgsmål om S301 og Sagittarius A*

Hvordan fandt forskerne en stjerne så tæt på det galaktiske centrum? Very Large Telescope Interferometers GRAVITY+ instrument kombinerer lys fra fire 8-meter teleskoper for at opnå den opløsning, der er nødvendig for at skelne individuelle stjerner i den tætte klynge omkring Sagittarius A*. Ved at følge små positionsændringer over flere år rekonstruerede holdet S301s fulde kredsløb.

Hvad er frame-dragging, og hvorfor betyder det noget? Et roterende legeme trækker rumtidens stof med sig – jo hurtigere spinnet, desto stærkere træk. Tæt på et roterende sort hul ændrer dette banerne for nærliggende objekter på en måde, der afhænger af både spinets størelse og retning. At måle det fra en stjernes bane giver en direkte aflæsning af det sorte huls vinkelmomentum – noget ingen anden nuværende metode har opnået for Sagittarius A*.

Hvordan sammenlignes S301 med andre S-stjerner nær Sgr A*? S2, den mest undersøgte S-stjerne, når en nærmeste tilgang på cirka 100 astronomiske enheder på en 16-årig cyklus. S301 nærmer sig otte gange tættere, på 8,7 år, med tre gange pericenterfarten. Den kombination af nærhed og kort periode gør den unikt følsom over for frame-dragging.

Vil dette ændre, hvad vi ved om Mælkevejens sorte hul? Sagittarius A*s spin er i øjeblikket ubegrænset af direkte måling. At bestemme det ville fuldføre den grundlæggende fysiske beskrivelse af vores galakses centrale sorte hul og åbne for test af generel relativitet i et stærkt felt, roterende miljø, som stjernebaner ikke tidligere har nået.

Observtioner med GRAVITY+ vil fortsætte på tværs af flere S301 omløbsperioder. Holdet forventer, at frame-dragging-præcessionen når detekterbare niveauer inden for cirka et årti – en tidslinje kort nok til, at de samme instrumenter og hold, der fandt S301, sandsynligvis selv vil foretage spin-målingen.

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

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

Mere som dette

TRAPPIST-1 b og c har ingen atmosfære: Webb måler 400 graders forskel

Er skove virkelig solidariske? Ny forskning udfordrer myten om træernes skjulte netværk

Webb fandt en galakse flere gange tungere end Mælkevejen — og den roterer ikke

Mælkevejens sorte hul har blæst en vind i 20.000 år

IceCubes mest energirige spøgelsespartikel kom fra en støvgemt stjernefabrik

En 430.000 år gammel gravepind er det ældste træredskab nogensinde fundet