В центре нашего Млечного Пути притаился невидимый исполин — сверхмассивная чёрная дыра, которую астрономы называют Стрелец A*. Взвесить такую бездну — задача, ещё недавно казавшаяся почти неразрешимой. Но международная команда учёных под руководством Райнхарда Генцеля из Института внеземной физики Общества Макса Планка нашла способ: они превратили в гравитационные зонды три десятка звёзд, кружащих в опасной близости от галактического монстра. И одна из них — звезда S2 — за время наблюдений успела описать полный круг, позволив с беспрецедентной точностью вычислить массу чёрной дыры.

Живой хоровод вокруг невидимки

Сам факт, что астрономы сумели зафиксировать движение звёзд вокруг центра Галактики, уже тянет на сенсацию. Ведь нашему Солнцу, чтобы обернуться по своей галактической орбите, требуется более 200 миллионов лет — последний раз в нынешней точке оно находилось в начале мезозоя. Говорить о том, чтобы заметить такие перемещения за время человеческой жизни, всегда казалось бессмыслицей. Однако Генцель и его коллеги из Германии, США, Израиля и Франции смогли разглядеть и отследить 28 звёзд, обращающихся вокруг Стрельца A*. Наблюдения начались ещё в 1992 году на чилийской горе Ла-Силла с помощью 3,6-метрового Телескопа новых технологий (NTT) Европейской южной обсерватории, а затем продолжились на горе Паранал, где в начале XXI века заработал «Йепун» — последний из четырёх 8,2-метровых гигантов VLT (Very Large Telescope).

Но даже такой оптики мало, чтобы пробиться к сердцу Млечного Пути. От нас его отделяют примерно 27 тысяч световых лет, и почти весь видимый свет звёзд в том районе гасится плотной завесой межзвёздной пыли: из каждого триллиона квантов до Земли доходит лишь один. По счастью, в ближнем инфракрасном диапазоне пыль становится почти прозрачной. Вторым врагом чёткости остаётся земная атмосфера, размывающая изображения. На NTT применяли метод спекл-интерферометрии — комбинировали тысячи мгновенных снимков, смещая и подстраивая их друг под друга. На «Йепуне» работала система адаптивной оптики. В итоге положения звёзд удалось измерять с точностью до сотых и тысячных долей угловой секунды, а заодно — определять их лучевые скорости, то есть скорость приближения или удаления от нас. Так родились полноценные трёхмерные орбиты.

S2 завершает круг

Первая такая орбита была построена ещё в 2002 году — и тоже для звезды S2. За десять лет она промчалась на расстоянии всего 20 миллиардов километров от центрального объекта. Этого хватило, чтобы развеять последние сомнения: в центре нашей Галактики действительно прячется сверхмассивная чёрная дыра. Тогда её массу оценили в 3,7 миллиона солнечных, но погрешность была огромной — плюс-минус 1,5 миллиона солнечных масс, или 40%. Причина проста: данных по другим звёздам ещё не хватало, а орбита S2 была известна лишь частично.

К 2008 году картина резко изменилась. В руках учёных оказались орбиты уже 28 звёзд, а главное — S2 как раз завершила полный оборот вокруг чёрной дыры. Это позволило уточнить массу до 4,3 миллиона солнечных, причём неопределённость сжалась до 1,5% — всего 60 тысяч солнечных масс. Разница с прежней оценкой — около 600 тысяч солнечных масс — показывает, насколько чёрная дыра «потяжелела» в глазах астрономов, когда они смогли опереться на полный цикл движения звезды.

Пыльное окно в центр Галактики

Точность нового взвешивания упирается в один ключевой параметр — расстояние от Земли до галактического центра. Авторы работы использовали значение 27,2 тысячи световых лет. Но измерить эту дистанцию изнутри Галактики — всё равно что сидеть в квартире за мутным, пыльным стеклом и на глаз прикидывать, сколько метров до центра города. Неопределённость расстояния составляет минимум 4%, и из-за неё реальная погрешность массы Sgr A* вырастает примерно до 10%. Если расстояние удастся уточнить независимым методом — например, с помощью радиоинтерферометрии, — масса чёрной дыры будет известна куда увереннее.

Семейный портрет звёзд и планы на будущее

Трёхмерная модель движения позволила заглянуть и в устройство самого звёздного окружения чёрной дыры. Большинство ближайших к ней светил движутся округлым роем без выраженной ориентации орбит. Но шесть массивных и очень горячих звёзд, расположенных чуть дальше, явно образуют маленькое семейство: все они кружатся примерно в одной плоскости и в одном направлении — по часовой стрелке. Кроме того, анализ орбит говорит о том, что у сверхмассивной чёрной дыры нет тяжёлых компаньонов — по крайней мере, массивнее нескольких десятков солнечных масс.

Райнхард Генцель подчёркивает: теперь сами звёзды должны поработать на науку и рассказать о свойствах чёрной дыры. В планах — задействовать все четыре телескопа VLT одновременно, сводя их свет в единый интерферометр с эффективным размером около ста метров. Это позволит рассмотреть окрестности горизонта событий и, как надеются учёные, доказать, что никакой «поверхности» у чёрной дыры нет. Кстати, чёрные дыры порой преподносят сюрпризы совсем иного рода: например, мы уже писали о гамма-всплеске, который длился не часы, а дни, — тогда источником, похоже, стала чёрная дыра, разорвавшая звезду в созвездии Дракона. Но в центре нашей собственной Галактики драма пока спокойнее: здесь звёзды продолжают свой размеренный танец, а астрономы — кропотливо считывают с их движений тайны гравитации.