Новое исследование может помочь решить вопрос о том, как быстро вращается сверхмассивная черная дыра Млечного Пути. Черная дыра, получившая название Стрелец А* (SgrA*), имеет массу примерно в 4 миллиона раз больше массы Солнца. Исследование, проведенное с использованием рентгеновской обсерватории «Чандра» НАСА и Очень большой массивной решетки (VLA) Национального научного фонда, показало, что SgrA* быстро вращается. Это сильное вращение искажает пространство-время вокруг SgrA* так, что оно становится похожим на американский футбол.
На иллюстрации этого художника показано поперечное сечение сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути и окружающего ее материала. Черная сфера в центре представляет собой горизонт событий черной дыры, точку невозврата, из которой ничто, даже свет, не может выбраться. Если посмотреть на вращающуюся черную дыру сбоку, как показано на рисунке, то окружающее ее пространство-время имеет форму американского футбола. Желто-оранжевый материал с обеих сторон представляет собой газ, циркулирующий вокруг черной дыры. Этот материал неизбежно падает в сторону черной дыры, и как только он попадает в ее внутреннюю часть, имеющую форму футбольного мяча, он проходит через горизонт событий. Поэтому область внутри формы футбольного мяча, за пределами горизонта событий, изображается в виде полости. Синие сферы представляют собой струи, исходящие из полюсов вращающейся черной дыры. Источник изображения: NASA/CXC/M.Weiss.
На иллюстрации этого художника изображены результаты нового исследования Стрельца А* (SgrA*), сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. Исследование показало, что SgrA* вращается так быстро, что искажает пространство-время — три измерения времени и пространства — делая его больше похожим на футбольный мяч.
Результаты были получены рентгеновской обсерваторией НАСА «Чандра» и Очень большой решеткой Карла Дж. Янски (VLA) Национального научного фонда. Команда использовала новый метод, используя рентгеновские и радиоданные, чтобы определить, насколько быстро вращается SgrA*, основываясь на том, как материал входит и выходит из черной дыры. Они обнаружили, что угловая скорость вращения SgrA* составляет около 60% от максимально возможного значения, а его угловой момент — около 90% от максимально возможного значения.
Черные дыры обладают двумя основными свойствами: массой (весом) и спином (скоростью вращения). Определение любого из этих значений дало бы ученым хорошее представление о любой черной дыре и о том, как она ведет себя. В прошлом астрономы несколько раз оценивали скорость вращения SgrA*, используя различные методы: от SgrA* вообще не вращается до почти вращающегося с максимальной скоростью.
Новое исследование показывает, что SgrA* на самом деле быстро вращается, что приводит к сжатию пространства-времени вокруг него. Здесь показано поперечное сечение SgrA* и вращающегося вокруг него диска материала. Черная сфера в центре представляет собой так называемый горизонт событий черной дыры, точку невозврата, из которой ничто, даже свет, не может выбраться.
Как показано на рисунке, при взгляде на вращающуюся черную дыру сбоку окружающее пространство-время имеет форму футбольного мяча. Чем быстрее вращение, тем более плоским становится мяч.
Желто-оранжевый материал с обеих сторон представляет собой газ, циркулирующий вокруг SgrA*. Этот материал неизбежно упадет в сторону черной дыры, и как только он попадет внутрь футбольного мяча, он пройдет через горизонт событий. Поэтому область внутри формы футбольного мяча, за пределами горизонта событий, изображается в виде полости. Синие сферы представляют собой струи, выброшенные из полюсов вращающейся черной дыры. Глядя на черную дыру сверху вдоль ствола струи, пространство-время представляет собой круг.
Вращение черной дыры может служить важным источником энергии. Вращающиеся сверхмассивные черные дыры производят коллимированные потоки, такие как джеты, поскольку они извлекают энергию вращения, которая требует, по крайней мере, некоторого количества материи вблизи черной дыры. Из-за ограниченного количества топлива вокруг SgrA* черная дыра была относительно тихой, а ее струи относительно слабыми на протяжении почти тысячи лет. Однако это исследование показывает, что это может измениться, если количество материала вблизи SgrA* увеличится.
Чтобы определить вращение SgrA*, авторы использовали эмпирический метод, называемый «методом истечения», который детализирует взаимосвязь между вращением черной дыры и ее массой, свойствами материала вблизи черной дыры и свойствами истечения. Коллимированный поток генерирует радиоволны, а газовый диск, окружающий черную дыру, производит рентгеновское излучение. Используя этот метод, исследователи объединили данные Чандры и VLA с независимыми оценками массы черной дыры, полученными другими телескопами, чтобы наложить ограничения на вращение черной дыры.
Статья с описанием этих результатов, подготовленная Рут Дейли (Университет штата Пенсильвания), появилась в январском выпуске журнала Monthly Notifications of the Royal Astronomical Society за январь 2024 года.
Источник составления: ScitechDaily.