Totul a început în toamna anului 2002, când oamenii de știință au calculat masa unui obiect gigantic din centrul Căii Lactee. Rezultatul a fost uluitor: de patru milioane de ori masa Soarelui nostru. O asemenea concentrare de masă nu putea fi decât o gaură neagră supermasivă. Stefan Gillessen, astronom la Institutul Max Planck pentru Fizică Extraterestră din Germania, își amintește că acest obiect „probabil arată ca în filmul Interstellar”, referindu-se la pelicula SF din 2014 cu Matthew McConaughey și Anne Hathaway. „Ai acea umbră întunecată, acea siluetă, acolo unde întunericul este absolut”, înconjurată de un halou sclipitor de lumină. Dar, spre deosebire de filme, găurile negre reale sunt extrem de greu de observat. Prin natura lor, ele sunt enigme căscate – forța lor gravitațională este atât de puternică încât nici măcar lumina nu poate scăpa. Așa că orice informație despre ele este ca o salvare dintr-un abis.
Cu toate acestea, astronomii au găsit un asistent luminos care să-i ajute să depășească această provocare. În noul studiu, Gillessen și colegii săi descriu cea mai rapidă stea observată vreodată, care se învârte în jurul Săgetător A*, gaura neagră din centrul galaxiei noastre. Dar, subliniază Gillessen, important nu este viteza stelei, ci apropierea ei de gaura neagră. „Astfel, putem folosi steaua ca pe o sondă pentru a vizualiza modul în care gravitația acționează asupra spațiului și timpului”, explică el.
Deși găurile negre domină gravitațional universul, cercetătorii încă au întrebări fundamentale despre ele. „Vrem să înțelegem cum funcționează găurile negre și cum influențează ele mediul lor direct”, spune Gillessen, inclusiv rolul esențial pe care îl joacă în modelarea galaxiilor gazdă. „Iar dacă vrei să afli lucruri despre găurile negre, centrul Căii Lactee este cel mai bun laborator pe care îl avem. Este chiar în fața ușii noastre.”
Pentru a observa această stea, echipa a folosit patru telescoape de la Observatorul European de Sud (ESO) din Chile, la situl Very Large Telescope. Au captat lumină în infraroșu, care poate pătrunde prin praful și gazele cosmice ce altfel ar bloca vederea. „Doar folosind lumina infraroșie poți privi în partea cea mai centrală a nucleului Căii Lactee”, spune Felix Mang, student doctorand la Institutul Max Planck. El a observat ceva neobișnuit în date acum câțiva ani: „O mică pâlpâire de lumină, o stea foarte slabă ne-a atras atenția, care se mișca cu o viteză foarte mare.”
Mang a urmărit poziția stelei, numită S301, în următorii ani și a analizat și traiectoria ei anterioară. Folosind legea gravitației a lui Newton, cu o ușoară corecție din relativitatea generală (confirmând astfel un aspect al teoriei lui Einstein), a determinat că orbita stelei, de 8,7 ani, are forma unei elipse foarte alungite. Gaura neagră se află la unul dintre capetele acestei ovale. „Steaua vine dintr-o direcție, devine din ce în ce mai rapidă, apoi face o întoarcere foarte bruscă în jurul găurii negre”, descrie Gillessen. În acel moment atinge viteza maximă – peste 15.000 de mile pe secundă, adică aproape 8% din viteza luminii. După ce ocolește gaura neagră supermasivă, „zboară înapoi și decelerează până ajunge în punctul cel mai îndepărtat”, adaugă el. „Odată ce cunoști orbita, este aproape ca sistemul feroviar elvețian. Lucrurile ajung exact la timp.”
Această descoperire le poate oferi cercetătorilor informații despre „potențialul gravitațional al găurii negre”, spune Gillessen. „Steaua simte cum spațiul și timpul sunt distorsionate de gaura neagră. Astfel, o putem folosi pentru a vizualiza cum gravitația acționează asupra spațiului și timpului.”
Erin Kara, astrofizician la MIT, care nu a fost implicată în studiu, consideră că este „un rezultat cu adevărat interesant. Acest lucru pregătește terenul pentru următorul deceniu, pentru a face astfel de măsurători fără precedent ale găurilor negre.” Printre acestea se numără determinarea vitezei de rotație a găurii negre din centrul galaxiei noastre, un comportament care poate trage spațiu-timpul în jurul ei. Anterior, cercetătorii au calculat rotația găurilor negre active din alte galaxii, care cresc înghițind gaz. Folosirea stelei S301 pentru a calcula rotația Săgetător A* ar fi prima astfel de măsurătoare pentru o galaxie liniștită, spune Kara. Acest tip de calcul poate ajuta oamenii de știință să înțeleagă cum a apărut gaura neagră, ceea ce ar putea oferi indicii despre formarea galaxiei noastre.
„Ce îmi place la găurile negre”, spune Kara, „este că sunt atât exotice, cât și locul unde înțelegerea noastră a fizicii se destramă. În același timp, ele sunt fundamentale pentru a explica de ce galaxia noastră arată așa cum arată.”
Ideea unei stele care se învârte în jurul unei găuri negre îi stârnește imaginația lui Gillessen. „Lucrezi mereu la limita a ceea ce este posibil”, spune el. Se gândește cum ar fi să fii un extraterestru care trăiește pe o planetă ipotetică ce orbitează steaua S301. „La fiecare nouă ani, ai vedea această gaură neagră apărând mare pe cer”, spune el. „Trebuie să fie absolut uimitor să ai o astfel de experiență.” Își imaginează priveliștea: un disc negru ca păcura, învăluit în lumină – o poartă către însăși țesătura universului.
De ce este important:
Această descoperire nu este doar un record de viteză, ci o fereastră către înțelegerea găurilor negre supermasive, care se află în centrul majorității galaxiilor. Studiul orbitei stelei S301 permite testarea teoriei relativității generale a lui Einstein în condiții extreme, confirmând că spațiul și timpul sunt distorsionate de gravitație. Mai mult, măsurarea rotației găurii negre din centrul Căii Lactee ar putea oferi indicii despre formarea și evoluția galaxiei noastre. În plus, această cercetare deschide calea pentru viitoare observații și măsurători precise ale găurilor negre, contribuind la rezolvarea unora dintre cele mai profunde mistere ale fizicii moderne.
