Pöörlev ruum ja Linnutee kiireim täht

Autor: Üllar Kivila

Euroopa Lõunaobservatooriumi VLT teleskoobikompleks sisaldab nelja 8-meetrist teleskoopi, mis on juba üksikuna ühed maailma suurimad, kuid neid saab kasutada ka interferomeetriks ühendatuna, mis annab ligi 120-meetrisele üksikule teleskoobile vastava lahutusvõime. Nii teravat lahutusvõimet on tarvis meist ligi 27 000 valgusaasta kaugusel Linnutee keskmes asuva ülimassiivse musta augu ümber tiirlevate tähtede liikumise kaardistamiseks.

Et mustad augud ise ei kiirga praktiliselt mitte midagi ¹, siis saab neid uurida vaid nende mõju kaudu ümbritsevale ruumile ning teistele taevakehadele. Linnutee südames asuv ligi 4 miljoni Päikese massiga must auk tähisega Sgr A*, mille ümber tiirleb arvukalt tähti ning kosmilisi tolmu- ja gaasipilvi, on seega suurepärane looduslik katselabor nende ekstreemsete objektide uurimiseks.

Tähe S301 orbiit ümber Linnutee keskmes asuva musta augu, tähistatud on ka teised nn S-tähed, ehk musta augu täheparve liikmed ning nende liikumine.

S301 orbiidi pretsessioon. Põhiline osa sellest tuleneb Schwarzschildi pretsessioonist, kuid edasised vaatlused peaksid võimaldama mõõta ka Lense’i-Thirringu efekti, ehk keskse musta augu pöörlemise mõju pretsessiooni määrale. Lähivaates on näidatud Lense’i-Thirringu efekti eeldatav mõju.

Linnutee keset ümbritsev tähtede ning gaasi- ja tolmupilvede kogumik, pildistatud VLT teleskoobiga.

Alates 2023. aastast tehtud vaatlustel torkas astronoomidele silma täht S301, mis tiirleb väga piklikul trajektooril perioodiga umbes 8,7 aastat, möödudes oma orbiidi lähimas punktis mustast august vaid 12 astronoomilise ühiku kauguselt – see on veidi enam kui Päikese ja Saturni vahekaugus – ning saavutab kiiruse üle 25 000 km/s ehk 8% valguse kiirusest. Nähtuna selle tähe juurest oma lähimas asendis, paistaks Sgr A* must auk enam kui kraadi laiune, ehk üle kahe korra suurem kui Kuu või Päike Maa taevas. Sellistes tingimustes ei kirjelda klassikaline mehaanika taevakehade liikumist enam kuigi täpselt ning appi tuleb võtta Einsteini relatiivsusteooria. S301 orbiit musta augu ümber ei ole suletud ellips, vaid iga orbiidiga pöörleb orbiidi pikitelg ruumis edasi. Selle põhiline põhjus on Schwarzschildi pretsessioon², mida on mõõdetud Linnutee keskmes ka teiste tähtede puhul. S301 orbiit on aga sedavõrd elliptiline, et selle pikaajalise jälgimisega on lootust tuvastada veel ühte relatiivsusteooria efekti – Lense’i-Thirringu pretsessiooni, mida tekitab keskse massi – ehk Sgr A* – pöörlemine. Piltlikult tähendab see seda, et pöörlev suure massiga keha justkui sikutab aegruumi ennast enesega kaasa pöörlema, nihutades seega kõigi enda ümber liikuvate objektide trajektoori. Selle efekti suuruse mõõtmine annab võimaluse uurida, kas ja kui palju Linnutee must auk pöörleb, kuid selleks on vaja veel pikema aja jooksul vaatlusandmeid koguda.

All: Lense’i-Thirringu efekti toimemehhanism - massiivne pöörlev objekt painutab aegruumi endaga kaasa.

All: Võimalik variant, kuidas S301 oma praegusele orbiidile sattus, sest väga tõenäoliselt see oma praeguses asukohas tekkinud ei ole. Arvatavasti on tegemist kunagise kaksiktähe ühe komponendiga, mis mustast august möödumisel kaaslasest eraldus. S301 on vaatluste põhjal Päikesest umbes 50% suurema massiga üsna tavaline peajada täht.

¹ Praeguste füüsikateooriate kohaselt peaks kõigi mustade aukude sündmuste horisondilt kiirguma soojuslikku nn Hawkingi kiirgust, kuid seda nii vähesel määral, et see ei ole praeguste tehnoloogiatega tuvastatav, eriti veel suurte mustade aukude puhul.

² Relativistlik või Schwarzschildi pretsessioon mõjutab vähesel määral ka meie Päikesesüsteemi planeetide orbiite – kõige silmapaistvamalt Merkuuri oma, mille anomaalse ning klassikalise mehaanikaga seletamatu pretsessiooni kirjeldamine oli 20. sajandi alguses veel värske relatiivsusteooria üks kõige märkimisväärsemaid edusamme.