Discovery of a star sensitive to the spin of Sgr A*

私たちの天の川銀河の中心を、宇宙のダンスフロアだと想像してみてください。そして、その真ん中にはDJが座っています。それは、Sgr A*（射手座A*）と呼ばれる超大質量ブラックホールです。長年、天文学者たちは、このDJがどのように機能しているのかを理解するために、数人の「星」（ダンサー）がこのDJの周りを回っている様子を見守ってきました。最も有名なダンサーはS2という名前の星ですが、彼女はダンスフロアの少し外側に位置しているため、DJの最も深い秘密を感じ取るには少し遠すぎます。

しかし、GRAVITYという非常に鋭い目を持つ観測装置を用いた天文学者のチームが、より暗く、新しいダンサーであるS301を発見しました。この発見は大きなニュースです。なぜなら、S301はS2が決して行わないことを行うからです。それは、ブラックホールの極めて近くまでダイブし、最も接近した地点で時速25,000 km（光速の8.5%！）という速度に達するのです。

主な発見：スピンを感じる星

論文によると、S301は8.7年というタイトな軌道を回っています。なぜなら、ブラックホールの事象の地平線（シュヴァルツシルト半径として知られる）のわずか136倍から142倍という至近距離まで接近するため、ブラックホールのスピンによって引き起こされる、特定のトリッキーな効果に対して敏感だからです。

ブラックホールを、巨大な回転する独楽（こま）だと考えてみてください。アインシュタインの重力理論によれば、回転する独楽はただそこに静止しているわけではありません。それは、まるでスプーンで蜂蜜をかき混ぜるように、時空の織りなす布を一緒に引き連れて回転します。これはレンズ・ティリング効果（またはフレーム・ドラッギング／慣性系の引きずり）と呼ばれます。

• S2は、この「かき混ぜ」を測定できるほど強く感じるには、まだ遠すぎます。
• しかし、S301は、その渦の中にダイブしていきます。著者らは、現在および将来の望遠鏡を用いてS301を約10年間観察することで、ついにSgr A*のスピンを直接測定できる可能性があると示唆しています。それは、スピーカーのすぐ隣に立つことで、ようやくDJのターンテーブルの唸りを聞くことができるようになるようなものです。

S301とは何か（そして何ではないのか）

論文は、S301が何ではないかについても明確に述べています。

• これは、巨大で膨張した星ではありません。もしそうであれば、ブラックホールの潮汐力によって、これほど接近した際に引き裂かれていたはずです。
• これは、謎に満に包まれた未知の天体でもありません。明るさ（等級 mK = 19.3）に基づき、著者らはこれが主系列星であり、おそらくF1.5型（太陽に似ているが、太陽よりも少し高温で青い）であり、質量は太陽の1.5倍未満であると計算しています。

また、著者らはS301が、近年他のチームによって主張された「短周期」の星（S4711や、S62と呼ばれる別の星など）の一つであることを明確に否定しています。彼らはデータを検証し、それらの主張された星は軌道も動きの方向も異なり、あるいはGRAVITYによる高解像度画像にはそもそも存在しないことを確認しました。S301は、真正な新しい発見なのです。

どのようにしてそこに至ったのか？ 「ヒルズ」による分裂

あなたはこう疑問に思うかもしれません。「どうやって星がブラックホールに食べられずに、あんなに近くまで到達できたのだろうか？」と。論文は、ヒルズ・メカニズムに関わる劇的な起源の物語を示唆しています。

2つの星が共に踊っている連星系（バイナリ・システム）が、ブラックホールに近づきすぎたと想像してください。ブラックホールの重力は非常に強力であるため、そのペアを引き裂いてしまいます。一方の星は銀河の外へと高速で弾き飛ばされ（高速星）、もう一方は捕らえられて、タイトで高度に楕円形の軌道へと投げ込まれます。

• S301の軌道は極めて引き伸ばされており、離心率は0.9832（ほぼ完璧な直線に近い）です。この極端な形状は、まさに連星の分裂から捕獲された直後の星に期待される通りのものです。
• 著者らは、元の連星は非常に密接しており、ブラックホールが介入する前に、2つの星が5日から20日の間隔で互いの周りを回っていたと考えています。

私たちの確信度は？

著者らは、S301の存在とその軌道について非常に自信を持っています。彼らは2017年から2025年にわたる19個の天体位置（星の位置のスナップショット）を持っており、それらは完璧に組み合わさって楕円の経路を描いています。彼らはさらに、過去のデータ（2017年と2021年）においても「事後予測（ポストディクション）」を行っており、それが単なるランダムなエラーではなかったことを確認しています。

しかし、まだ待ちの状態にある要素もいくつかあります。

• スピンの測定： 彼らはまだスピンを測定していません。彼らは将来の観測（2035年まで）をシミュレーションしており、もしS301の観測を続ければ、高い精度でスピンを測定できる「十分な見込み」があることを見出しました。これは、今日解決されたパズルではなく、未来への約束なのです。
• 視線速度： 彼らは、星がこちらに向かって、あるいはこちらから遠ざかる方向にどれほどの速さで動いているかを示す分光学的測定をまだ持っていません。現在のデータは、現在の装置ではあまりにも暗すぎますが、将来のELT/MICADO望遠鏡であれば、これを見ることが可能になるでしょう。
• 起源： 「連星の分裂」というストーリーはデータの記述と完璧に一致していますが、これは星の極端な軌道と、その領域の物理学に基づいた示唆です。タイムマシンを使って証明されたわけではありませんが、著者らが提示する最も論理的な説明です。

結論

S301は、天の川銀河の中心にあるブラックホールの周りを、記録的な8.7年の周期で回る、小さく高速な主系列星です。これは、ブラックホールのスピンを感じるほど近くに接近することが判明している、私たちが知る最初の星です。私たちはまだそのスピンを測定できていませんが、S301は次の10年間で扉を開くための鍵となります。それは、理論的な予測を、現実の測定へと変える鍵なのです。これは、ブラックホールがどのようにスピンし、その周囲で踊る星をどのように捕らえるのかという、私たちの理解における新しい章の始まりです。