В центре нашей галактики расположена черная дыра, притягивающая к себе материю. Этой участи не удается избежать и звездам, рядом с этим гигантом ведущим себя, как планеты около Солнца. Единственное различие – экстремальные условия и судьба звезды около черной дыры. Что интересно, здесь положение звезды около черной дыры выгоднее, чем планеты около звезды. Ведь когда звезда станет красным гигантом, часть планет будет поглощена, а другая выжжена. Что касается звезд, находящихся на орбитах около черных дыр, для них есть два исхода. Либо черная дыра разрушит ее, растягивая за счет мощнейшего гравитационного поля, либо звезда будет выброшена от черной дыры и благополучно продолжит свое существование. Однако звезда, найденная в центре нашей галактики, вряд ли может рассчитывать на второй исход. Период ее обращения составляет всего одиннадцать с половиной лет – рекорд близости к дыре. Тем не менее, если звезда и погибнет, то не напрасно. С ее помощью можно проверить верность предположений Эйнштейна о том, как черные дыры искривляют пространство-время вокруг себя. Во всяком случае, так планирует использовать неудачливую звезду S0-102 Андреа Гез, руководитель группы астрономов из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, открывшей эту звезду.

До S0-102 рекорд по близости с черной дырой принадлежал звезде S0-2, период обращения которой составляет 16 лет. Все другие известные звезды обращаются намного дальше от своих дыр. «Я очень рада тому, что удалось найти две такие близкие к черной дыре (это одна и та же дыре в центре нашей галактики, литера «S» в названии звезд обозначает созвездие Стрельца, в котором лежит центре нашей галактики с черной дырой – КЖ) за время, меньшее одной человеческой жизни», – говорит Гез. Такие звезды – основной предмет ее исследования, и за свою карьеру Гез удалось изучить 3000 звезд, обращающихся вокруг черных дыр, а S0-2 она изучает с 1995 года. Большая часть остальных имеют орбиты с периодом более 60 лет. «Танец S0-102 и S0-2 позволит нам проникнуть в геометрию пространства-времени около черной дыры, – говорит Гез. – Такие измерения не могут быть проведены с помощью одной звезды».

Проверка теории относительности имеет не только фундаментальное, но и прикладное значение. Искривление пространства-времени, предсказанное этой теорией, используется при синхронизации навигационных сигналов. Так что приемник GPS или Глонасс-сигнала в наших телефонах не сможет работать, если мы не учтем мизерные поправки, вносимые в передачу навигационных сигналов теорией относительности. А как и любую теорию, теорию относительности проще всего проверить в предельных переходах. Сможет ли она объяснить, что происходит с пространством-временем в экстремальных условиях около черной дыры, или надо искать для таких условий новую теорию, оставив теорию относительности для случаев полегче, как мы сохранили классическую механику.

 «Сам факт того, что мы можем найти звезду так близко к черной дыре феноменален, – говорит Гез. – Теперь правила игры изменятся, и мы сможем намного больше узнать о том, как черные дыры растут со временем, какова их роль в центрах галактик, и также проверить общую теорию относительности Эйнштейна там, где она еще не была опробована. Здорово, что у нас появилась возможность приоткрыть это окно в область черных дыр. Похоже, в этой области звездам не очень-то уютно, но и нельзя сказать, что черные дыры настолько недружелюбны по отношению к звездам, как предполагают некоторые исследователи».

В течение последних 17 лет Гез и ее коллеги использовали телескопы обсерватории Кека для изучения центра нашей галактики с максимально возможным угловым разрешением. При этом система адаптивной оптики, используемая на обоих телескопах обсерватории, была разработана при непосредственном участии Гез. Благодаря этому удалось значительно повысить качество изображения и сделать несколько открытий, найдя, в частности, скопления молодых звезд там, где их никто не ждал и, наоборот, не найдя древних звезд там, где они должны быть. Но уж звезду на таком расстояния от черной дыры точно никто не надеялся обнаружить. «Обсерватория Кека была лидером в области систем адаптивной оптики в течение десятка лет, и это позволило нам добиться грандиозного прогресса в исправлении изображений, искаженных атмосферой Земли, получая снимки высокого углового разрешения, – говорит Гез. – Очень здорово иметь доступ к крупнейшим и лучшим телескопам мира. Именно поэтому я работаю в Университете».

Как планеты обращаются вокруг звезд, звезды S0-102 и S0-2 обращаются вокруг черной дыры, но их орбиты имеют высокий эксцентриситет. И как движение планет Солнечной системы стало конечным тестом классической теории гравитации Ньютона триста лет назад, так система Стрельца А* и этих двух звезд станет тестом теории гравитации Эйнштейна (общей теории относительности). «Мы можем наблюдать звезду в ходе полного ее оборота по орбите, и соль тут уже не в том, что это доказывает существование черной дыры, а в том, что более глубокие аспекты фундаментальной физики могут быть проверены с их помощью, – говорит Гез. – Эллипс, по которому движутся звезды, укажет нам на массу черной дыры. А если мы улучшим точность наблюдений, то сможем заметить отклонения от этого идеального эллипса, что укажет нам на эффекты теории относительности». Напомним, что аналогично при помощи общей теории относительности решается проблема с орбитой Меркурия, которую не удается полностью описать в рамках классической механики. Наилучшим моментом для наблюдения искривления пространства-времени станет момент прохождения звездами перицентра их орбит. Для S0-02 этот момент наступит в 2018 году.