הכוכב S301 שובר שיאים — ועשוי לחשוף את סחרור החור השחור

התגלית: כוכב עמום במסלול קיצוני

S301 הוא כוכב מהסדרה הראשית, כלומר כוכב שנמצא בשלב היציב של הפקת אנרגיה באמצעות היתוך גרעיני. הוא עמום במיוחד, עם בהירות של כ־19.3 בתחום האינפרה־אדום הקרוב, ובכל זאת הצליחו אסטרונומים לעקוב אחריו בתוך האזור הצפוף והבהיר של מרכז הגלקסיה.

הכוכב מקיף את Sagittarius A* — החור השחור העל־מסיבי שבמרכז שביל החלב, שמסתו כ־4.3 מיליון מסות שמש — אחת ל־8.7 שנים. מסלולו בעל אקסצנטריות של כ־0.982–0.983, ולכן הוא דומה יותר למחט ארוכה וצרה מאשר למעגל: רוב הזמן הוא רחוק יחסית מהחור השחור, אך סמוך לנקודת המעבר הקרובה הוא חולף במהירות באזור שבו השפעות הכבידה החזקה בולטות במיוחד.

קרוב יותר מ־S2 ומהיר יותר מכל כוכב מוכר

בנקודה הקרובה ביותר, או פריאפסיס, S301 מגיע למרחק של מעט יותר מ־12 יחידות אסטרונומיות מ־Sagittarius A*. יחידה אסטרונומית אחת היא המרחק הממוצע בין כדור הארץ לשמש; המרחק הכולל דומה בקירוב למרחק שבין השמש לשבתאי. במונחי רדיוס כבידתי, מדובר בכ־280 רדיוסים כבידתיים מהחור השחור.

זהו מרחק קרוב בערך פי עשרה מזה של S2, הכוכב שנחשב במשך שנים לכוכב המרכזי לבדיקת תורת היחסות בסביבת Sagittarius A*.

במהלך המעבר הקרוב S301 מגיע למהירות של כ־25,000 קילומטרים בשנייה — יותר מ־8% ממהירות האור — ולכן הוא הכוכב המהיר ביותר שנצפה בשביל החלב.

איך גילו את S301 ואישרו את המסלול?

הצוות זיהה את הכוכב לראשונה באמצעות מכשיר GRAVITY, אינטרפרומטר בתחום האינפרה־אדום המותקן במערך הטלסקופים הגדול מאוד (VLTI) של המצפה האירופי הדרומי, ESO, בצ'ילה. האינטרפרומטר משלב את אורם של כמה טלסקופים כדי להשיג דיוק גבוה במיוחד במדידת מיקומם של עצמים — יתרון משמעותי כשמדובר בכוכב חלש בתוך שדה ראייה עמוס בכוכבים ובאבק.

האסטרונומים עקבו אחר מיקומו הזוויתי של S301 בנתוני GRAVITY שנאספו בשנים 2023–2025, והתאימו להם מסלול ראשוני. לאחר מכן הם השתמשו במסלול כדי לחזות היכן אמור היה הכוכב להופיע בתצפיות ישנות יותר. הם הצליחו לזהות אותו גם בנתוני ארכיון מ־2021 ומ־2017 — חיזוי לאחור שהעניק חיזוק חשוב לכך שהמקור העמום אכן נע במסלול שהוצע.

עם זאת, טרם התקבלה עבור S301 מדידה ישירה של מהירותו הרדיאלית באמצעות ספקטרוסקופיה. לכן פתרון המסלול הנוכחי נשען בעיקר על מדידות מדויקות של מיקומו בשמים. תצפיות ספקטרוסקופיות עתידיות באמצעות טלסקופים ענקיים במיוחד אמורות לשפר את היכולת לשחזר את מסלולו התלת־ממדי המלא.

כיצד המסלול עשוי לחשוף את סחרור החור השחור?

לפי תורת היחסות הכללית, חור שחור מסתובב אינו רק מעקם את המרחב־זמן — הוא גם גורר אותו סביבו. התופעה, המכונה גרירת מסגרת או אפקט לנזה–תירינג, עלולה לגרום למישור המסלול של גוף קרוב ומוטה לעבור נקיפה איטית, כלומר לשנות בהדרגה את כיוונו בחלל.

S301 מגיע קרוב מספיק ל־Sagittarius A* כדי שהשפעת הסחרור על מסלולו תהיה עשויה להיות ניתנת למדידה באמצעות אינטרפרומטריה אינפרה־אדומה מדויקת, ובשילוב ספקטרוסקופיה עתידית. מדידה כזו תוכל לספק מידע הן על עוצמת הסחרור של החור השחור והן על כיוונו.

הדבר ירחיב את הבדיקות שנעשו באמצעות S2. אצל S2 נמדדה כבר נקיפה מסוג שוורצשילד, הנובעת בעיקר ממסת החור השחור ומהעקמומיות של המרחב־זמן סביבו. במקרה של S301, החוקרים מקווים לזהות גם את החתימה העדינה יותר של חור שחור מסתובב — ולבחון את תיאור קר החור השחור, המכונה מטריקת קר, כפי שנובע מתורת היחסות הכללית של איינשטיין.

מה עשוי לקרות במעבר הקרוב ב־2031?

המעקב הצפוף ביותר סביב הפריאפסיס הצפוי של S301, בערך בשנת 2031, יהיה בעל הערך המדעי הגדול ביותר. מדידות חוזרות של מיקומו בשמים, לצד מדידות ספקטרוסקופיות, יוכלו להבליט שינויים זעירים במסלול ולספק בסיס למדידה ישירה של סחרור Sagittarius A* באמצעות גרירת מסגרת.

אבל יש כאן גבול חשוב: מדידת מומנט הקוואדרופול של החור השחור — רכיב שמתאר סטייה עדינה מהשדה הכבידתי הפשוט יותר — קשה בהרבה. עבור S301, האות הקשור לקשר שבין הסחרור לקוואדרופול צפוי להיות בערך 4% בלבד מאפקט לנזה–תירינג, ולכן נחשב זניח כמעט במסלול הנוכחי.

משמעות הדבר היא שמעבר 2031 עשוי לאפשר מדידה של הסחרור, אך אין די ראיות לטעון שהוא לבדו יבחן באופן निर्णי את משפט "אין שיער". לפי המשפט, חור שחור אסטרופיזיקלי מתואר לחלוטין באמצעות המסה והסחרור שלו; מומנט הקוואדרופול שלו אמור להיות ערך הנגזר משני הגדלים האלה, ולא פרמטר עצמאי.

כדי לבדוק זאת באופן משכנע יהיה כנראה צורך בכוכבים קרובים עוד יותר, בכמה מסלולים כוכביים מתאימים, או בשיטת תצפית אחרת שתוכל למדוד את התרומה הזעירה של הקוואדרופול.