В 2019 году международная команда астрономов, которую возглавил Сергей Копосов из университета Карнеги — Меллона (США), исследовала окрестности сверхмассивной черной дыры Стрелец А*, обитающей в "сердце" Млечного Пути.

Обратив свой взор на созвездие Журавля, они обнаружили звезду, которая удалялась от центра нашей Галактики со скоростью около 1 755 километров в секунду — это 6 318 000 километров в час. Для сравнения: самый быстрый рукотворный объект, солнечный зонд NASA Parker Solar Probe, развивает скорость до 192 километров в секунду. Солнце вращается вокруг центра Млечного Пути со скоростью 220–240 километров в секунду.

Это светило движется настолько быстро, что гравитация всего Млечного Пути не в силах ее удержать, а значит через несколько десятков миллионов лет звезда вырвется в холодную межгалактическую пустоту, став одиноким скитальцем до конца своей жизни.

Звезда, получившая обозначение S5-HVS1 (далее S5), относится к типу гиперскоростных и является самой быстрой из всех, когда-либо наблюдаемых астрономами.

Галактические изгнанники

Несмотря на скоростной рекорд, S5 не является каким-то аномальным объектом. Астрономы обнаружили десятки подобных звезд, движущихся настолько быстро, что они с лихвой преодолевают вторую космическую скорость для всей Галактики (около 550 километров в секунду), направляясь в межгалактическое пространство — пустоту, протяженностью в миллионы и миллионы световых лет.

Но какие силы смогли разогнать S5 до столь невообразимой скорости? Ответ — сверхмассивная черная дыра Стрелец А*. Она более чем в четыре миллиона раз массивнее Солнца, а ее гравитация настолько сильна, что с легкостью искривляет траектории близлежащих звезд.

Механизм разгона был предсказан и описан американским астрофизиком Джеком Хиллсом еще в 1988 году. Впоследствии, когда появились наблюдательные доказательства, научное сообщество отдало дань уважения открывателю, назвав этот процесс в его честь. Он работает следующим образом:

Двойная звездная система — две звезды, вращающиеся вокруг общего центра масс — подлетает к Стрелец А* настолько близко, что гравитация черной дыры разрывает пару. Одна звезда захватывается на орбиту и в итоге поглощается, а вторая — швыряется прочь с колоссальным ускорением, подобно запуску камня из пращи, но в космических масштабах. Энергия орбитального движения двойной системы превращается в кинетическую энергию улетающей звезды.

Расчеты вкупе с моделированием показали, что около пяти миллионов лет назад S5 действительно находилась в центре Галактики, в непосредственной близости от Стрелец А*. Там S5 лишилась своего звездного компаньона, а после была катапультирована прочь.

Космические странники

Гиперскоростные звезды — редкость, но, как я сказал выше, астрономы обнаружили десятки подобных объектов. Это позволяет составить целостную картину. Так сегодня известно, что не у каждой из них судьба была скорректирована встречей со сверхмассивной черной дырой.

Например, на расстоянии примерно 62 000 световых лет от Земли находится звезда US 708, которая покидает нашу Галактику со скоростью около 1 200 километров в секунду. А разогнала ее вспышка сверхновой в тесной двойной системе, где более массивная звезда буквально сорвала вещество с компаньона и взорвалась, отшвырнув звездный "огрызок".

Есть также гиперскоростные звезды, выброшенные в межгалактическую среду в ходе столкновения галактик, но, учитывая колоссальные расстояния, мы можем наблюдать не отдельные объекты, а лишь потоки, состоящие из тысяч звезд.

Что ждет S5 впереди?

Учитывая тот факт, что мы находимся внутри Млечного Пути и не знаем точно, насколько далеко простирается его галактическое гало (основная часть сферической подсистемы), оценки выхода S5 в межгалактическую среду варьируются от 50 до 100 миллионов лет.

Но этот выход неизбежен. S5 непременно окажется за пределами родительской галактики, где нет ничего, кроме крайне разреженного ионизированного газа, холода и вечной тьмы. Ни других звезд, ни гравитационных ориентиров. Но S5 будет рассеивать этот мрак своим присутствием на протяжении миллиардов лет, пока не израсходует водородное топливо. Учитывая, что масса S5 примерно в 2,35 раза больше массы Солнца, ее путь к превращению в красного гиганта, а после в красочную планетарную туманность будет существенно короче. Когда жизненный путь S5 подойдет к концу, она оставит после себя медленно остывающий белый карлик — крошечный и недоступный для наблюдений объект.

Зачем изучать такие звезды?

Если отсеять всю эту "космическую романтику", то гиперскоростные звезды — мощный инструмент для науки:

• По числу и траекториям галактических изгнанников можно оценить активность и уточнить массу сверхмассивной черной дыры Стрелец А*;
• Анализ траекторий помогает построить карту распределения темной материи в гало Галактики;
• Понимание механизмов взаимодействия, эволюции и гибели звездных систем, оказавшихся во власти сверхмассивных черных дыр;
• Тестирование общей теории относительности в экстремальных условиях, а также проверка альтернативных теорий гравитации (спойлер: теория Эйнштейна продолжает с феноменальным успехом проходить все проверки).

Есть ли звезды еще быстрее?

Теоретически — да. Некоторые модели предсказывают существование "релятивистских звезд", разогнанных до нескольких процентов скорости света (десятки тысяч километров в секунду). Объекты такого рода могут появиться, например, при взаимодействии с парой сливающихся сверхмассивных черных дыр.

Пока такие звезды не обнаружены. Но масштабы Вселенной таковы, что даже самые маловероятные события вполне могут быть реализованы. Так что, возможно, где-то прямо сейчас в системе из сталкивающихся галактик, ядра которых в лице сверхмассивных черных дыр сливаются, сотни звезд были разогнаны до фантастических скоростей, в сравнении с которыми S5 покажется черепахой.