В центре нашей галактики обитает гравитационный монстр. Это сверхмассивная черная дыра, известная как Стрелец А*, с массой более четырех миллионов Солнц. Долгосрочные наблюдения за звездами, вращающимися вокруг Sag A*, показывают, что ее масса составляет около 4,3 солнечных масс, плюс-минус 100 000 или около того. Наблюдения за светом вблизи горизонта с помощью телескопа «Горизонт событий» определили, что масса составляет 4,297 солнечных масс, плюс-минус около 10 000. Эти результаты поразительно точны, учитывая, насколько сложно измерить массу, но предположим, что мы могли бы определить массу черной дыры нашей галактики с точностью до одной солнечной массы. Это может быть возможно с помощью гравитационно-волновой астрономии.
Гравитационно-волновая астрономия все еще находится в зачаточном состоянии. В настоящее время наши гравитационно-волновые обсерватории достаточно чувствительны только для того, чтобы обнаружить слияния черных дыр звездной массы и нейтронных звезд в пределах Млечного Пути. Мы не можем обнаружить слияния сверхмассивных черных дыр или гравитационные волны, когда звезда поглощается сверхмассивной черной дырой. Но в не столь отдаленном будущем у нас появятся космические гравитационные обсерватории, такие как LISA. Они будут на порядки более чувствительными, чем те, которые мы имеем сейчас. И, как показывает недавнее исследование, эти новые обсерватории должны быть достаточно чувствительными, чтобы дать нам сверхточные измерения массы и вращения черной дыры.
Идея этой работы состоит в том, чтобы сосредоточиться на коричневых карликах. Эти объекты находятся в диапазоне масс между планетами и звездами. Слишком большая, чтобы быть планетой, но слишком маленькая, чтобы вызвать синтез ядра, как у звезды. Коричневые карлики имеют массу от 13 до 78 Юпитеров и, как правило, примерно такого же размера, как наш сосед-юпитерианец. Они не так распространены, как звезды красных карликов, но должны быть довольно распространены в центре нашей галактики. Это означает, что некоторые коричневые карлики должны приближаться очень близко к Sag A*. Некоторые из них наверняка окажутся в гравитационной ловушке черной дыры, медленно приближаясь по спирали к ее горизонту событий и забвению. Именно им посвящена статья.
Даже самые крупные коричневые карлики имеют массу менее сотой массы Солнца. Они как пылинки по сравнению с Sag A*. Это означает, что гравитационный танец между коричневым карликом и черной дырой является примером спиральной галактики с чрезвычайно большим отношением масс (XMRI). Гравитационные волны, создаваемые этим танцем, будут небольшими возмущениями черной дыры и, как таковые, будут критически зависеть от точной массы и вращения черной дыры.
Чтобы показать, насколько точными могут быть эти измерения, команда изучила приблизительную статистику коричневых карликов вблизи Sag A*, а также силу их гравитационных сигналов. Они обнаружили, что в типичном диапазоне масс и эксцентриситета орбиты такая обсерватория, как LISA, должна иметь возможность наблюдать около 20 вдохновляющих коричневых карликов. Это позволило бы нам определить массу Sag A* с точностью до одной миллионной и ее вращение с точностью до одной 10 000-й. Эти оценки относятся к лучшему варианту вероятного, но они показывают, что по мере совершенствования гравитационно-волновой астрономии мы собираемся сделать некоторые выдающиеся наблюдения.
Ссылка: Васкес-Асевес, Вероника, Йирен Лин и Алехандро Торрес-Орхуэла. «Оценка вращения и массы SgrA* посредством обнаружения нескольких спиральных спиралей чрезвычайно большого отношения масс». Препринт arXiv arXiv:2412.20738 (2024).
