ستارهٔ S301 هر 8.7 سال یک دور کامل به دور سیاه‌چالهٔ مرکزی راه شیری می‌زند. در نزدیک‌ترین گذر (پری‌آسپکت) سرعت آن به حدود 90,000,000 کیلومتر در ساعت (تقریباً 8٪ سرعت نور) می‌رسد و فاصله‌اش تا افق گرانشی سیاه‌چاله در کمینه تنها حدود 12 واحد نجومی (AU) است. این ویژگی‌ها S301 را به نزدیک‌ترین و سریع‌ترین ستارهٔ شناخته‌شده در مدار پیرامون Sagittarius A* تبدیل کرده‌اند.

ویژگی‌های کلیدی مدار ستاره S301

S301 با دورهٔ مداری 8.7 سال و مداری بسیار کشیده، تاکنون در مجموع 19 موقعیت اندازه‌گیری‌شده در بازهٔ هشت‌ساله ثبت شده است. نزدیک‌ترین گذر حدود 12 AU است که رقمی تقریباً ده برابر کمتر از نزدیک‌ترین گذر ستارهٔ پیشین، S2، به شمار می‌آید. برآوردها نشان می‌دهد جرم S301 در ردهٔ رشتهٔ اصلی و حدود 1.5 جرم خورشیدی است؛ بنابراین جزر و مد قوی سیاه‌چاله احتمالاً آن را پاره نخواهد کرد.

کشف و داده‌های رصدی

ردیابی S301 با استفاده از داده‌های ارتقایافتهٔ ابزار GRAVITY نصب‌شده روی تلسکوپ بسیار بزرگ رصدخانهٔ جنوبی اروپا (ESO) آغاز شد. تیم پژوهشی علائم این ستاره را ابتدا در بهار 2023 مشاهده کرد و سپس با بازبینی آرشیوهای رصدی نمونه‌هایی از سال‌های 2017 و 2021 را هم شناسایی نمود. تحلیل مجموعه داده‌ها مدار بسته و بسیار کشیده‌ای را نشان داد که موقعیت‌های ثبت‌شده را توضیح می‌دهد.

شبیه‌سازی مسیر S301 به دور سیاه‌چالهٔ مرکزی

فاصلهٔ نزدیک و پیامدهای فیزیکی

پری‌آسپکت حدود 12 AU به این معناست که S301 در محدوده‌ای قرار دارد که اثرات قوی گرانشی سیاه‌چاله قابل‌مشاهده می‌شوند. این نزدیکی، حساسیت مشاهدات را برای آشکارسازی اثرات وابسته به چرخش سیاه‌چاله افزایش می‌دهد. چنین مداری امکان اندازه‌گیری‌هایی را فراهم می‌کند که پیش‌تر با مدارهای دورتر قابل دسترسی نبودند.

اهمیت برای آزمون‌های نسبیت و اندازه‌گیری چرخش سیاه‌چاله

پیگیری حرکت ستاره‌ها اطراف Sgr A* یکی از دقیق‌ترین آزمون‌های نسبیت عام است. مشاهدات گذشته، از جمله بررسی مدار S2، انتقال سرخ گرانشی و پیش‌گردی شوارتزشیلد را تأیید کرده‌اند؛ اما تعیین چرخش سیاه‌چاله (که باعث کشش و پیچش فضا-زمان یا frame-dragging می‌شود) به داده‌هایی از مدارهایی بسیار نزدیک‌تر نیاز دارد. مدار فشردهٔ S301 حساسیتی فراهم می‌آورد که در حدود یک دههٔ آینده تیم‌های رصدی می‌توانند نرخ چرخش Sgr A* را برآورد کنند.

این اندازه‌گیری‌ها می‌توانند محدودیت‌های سخت‌گیرانه‌تری روی نظریه‌های جایگزین گرانش یا وجود نیروهای اضافی (به‌عنوان مثال «نیروی پنجم» پیشنهادی در برخی مدل‌ها) اعمال کنند و پنجره‌ای نو به فیزیک گرانشی شدید باز نمایند.

نقش GRAVITY+ و چالش‌های رصدی

رصد S301 از زمین دشوار است: این ستاره بسیار کم‌نور است و در میدانی شلوغ و پر از ستارگانِ درخشان قرار دارد. برای جداسازی سیگنال S301 از پس‌زمینهٔ درخشندهٔ مرکز کهکشان از الگوریتم‌های پیشرفتهٔ بازسازی تصویر استفاده شد و ارتقای ابزار GRAVITY به نسخهٔ تقویت‌شدهٔ GRAVITY+ حساسیت را بین 10 تا 100 برابر افزایش داد، که عامل کلیدی در شناسایی این هدف کم‌نور بود.

منشأ احتمالی و تاریخچهٔ مداری

مدار کشیدهٔ S301 نشان می‌دهد تاریخچهٔ پویایی این ستاره احتمالاً خشن بوده است. یکی از سناریوهای مطرح این است که S301 بقایای یکی از اعضای یک سامانهٔ دوتایی فشرده است که در عبور نزدیک از سیاه‌چاله از هم گسیخته شده؛ در این فرایند همدمِ پرانرژی از کهکشان رها شده و S301 در مداری تیز و بیضوی گرفتار شده است. چنین رویدادی می‌تواند مسیر تند و سرعت بالای فعلی را توضیح دهد.

افق پیشِ رو

ادامهٔ رصدها با ابزارهای دقیق‌تر و دوره‌های زمانی بلندمدت می‌تواند نه‌تنها چرخش Sgr A* را مشخص کند، بلکه هر انحراف احتمالی از پیش‌بینی‌های نسبیت عام را نیز آشکار سازد. داده‌های حاصل از S301 به همراه مشاهدات دیگر ستاره‌های نزدیک به مرکز کهکشان، تصویری دقیق‌تر از فیزیک گرانشی شدید و تکامل محیط پیرامون سیاه‌چاله ارائه خواهد داد.

برای کسب اطلاعات بیشتر دربارهٔ سیاه‌چالهٔ مرکزی و ابزارهای رصدی مرتبط می‌توانید به صفحات Wikipedia دربارهٔ Sgr A* و وب‌سایت رصدخانهٔ جنوبی اروپا (ESO) مراجعه کنید.