Исследователи определили скорость вращения черной дыры в центре нашей галактики

Астрономы провели новое исследование сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики — Стрелец А* (сокращенно Sgr A*).  Исследование показало, что Стрелец А* вращается так быстро, что искажает пространство-время — то есть время и три измерения пространства — так, что оно становиться похожим на мяч для регби.

Эти результаты были получены с помощью рентгеновской обсерватории НАСА «Чандра» и сверхбольшой антенной решетки Карла Дж. Янски (VLA). Команда исследователей применила новый метод, который использует рентгеновские и радиоданные, чтобы определить, насколько быстро вращается Стрелец А*, основываясь на том, как материал течет к черной дыре и от нее. Они обнаружили, что Sgr A* вращается с угловой скоростью, составляющей около 60% от максимально возможного значения, и с угловым моментом, составляющим около 90% от максимально возможного значения.

Черные дыры обладают двумя фундаментальными свойствами: массой (сколько они весят) и вращением (насколько быстро они вращаются). Определение любого из этих двух значений говорит ученым многое о любой черной дыре и о ее поведении.

В прошлом астрономы сделали несколько других оценок скорости вращения Стрельца А*, используя различные методы, причем результаты варьировались от того, что Стрелец А* вообще не вращается, до того, что черная дыры вращается почти с максимальной скоростью.

Новое исследование предполагает, что Стрелец А* на самом деле вращается очень быстро, что приводит к сжатию пространства-времени вокруг нее. На иллюстрации выше показано поперечное сечение Sgr A* и вещества, вращающегося вокруг нее в виде диска. Черная сфера в центре представляет собой так называемый горизонт событий черной дыры, точку невозврата, из которой ничто, даже свет, не может выбраться.

Если посмотреть на вращающуюся черную дыру сбоку, как показано на этой иллюстрации, окружающее пространство-время имеет форму мяча для регби. Чем быстрее вращение, тем более плоским будет мяч.

Желто-оранжевый материал по обе стороны представляет собой газ, кружащийся вокруг Стрельца А*. Этот материал неизбежно падает к черной дыре и пересекает горизонт событий, как только попадает в «область мяча». Таким образом, область внутри мяча, но за пределами горизонта событий, изображается как полость. Синие пятна показывают струи, вылетающие из полюсов вращающейся черной дыры. Если посмотреть на черную дыру сверху, вдоль струи, пространство-время имеет круглую форму.

Вращение черной дыры может выступать в качестве важного источника энергии. Вращающиеся сверхмассивные черные дыры производят коллимированные потоки, такие как джеты, когда извлекается их энергия вращения, что требует, чтобы поблизости от черной дыры было хотя бы какое-то количество материи.

Из-за ограниченного количества топлива вокруг Стрельца А* эта черная дыра в последние тысячелетия была относительно тихой и имела слабые джеты. Новая работа, однако, показывает, что ситуация может измениться, если количество материала в окрестностях Стрельца А* увеличится.

Для определения спина Sgr A* авторы использовали эмпирическую методику, называемую «методом оттока», которая детализирует взаимосвязь между спином черной дыры и ее массой, свойствами вещества вблизи черной дыры и свойства оттока. Коллимированный поток создает радиоволны, а газовый диск, окружающий черную дыру, отвечает за рентгеновское излучение. Используя этот метод, исследователи объединили данные Чандры и VLA с независимой оценкой массы черной дыры, полученной другими телескопами, чтобы определить вращение черной дыры.