Черная дыра Млечного Пути искажает пространство-время
Согласно новому исследованию, проведенному с использованием данных рентгеновской обсерватории НАСА «Чандра» и Национального научного центра, сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути вращается так быстро, что искажает окружающее ее пространство-время, придавая форму, напоминающую футбольный мяч. Очень Большой Массив (VLA) Фонда Карла Дж. Янски. Астрономы называют эту гигантскую черную дыру Стрелец А* (сокращенно Sgr A*), которая расположена примерно в 26 000 световых годах от Земли в центре нашей галактики. 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.
Команда исследователей применила новый метод, который использует рентгеновские и радиоданные, чтобы определить, насколько быстро вращается Стрелец А*, основываясь на том, как вещество течет к черной дыре и от нее. Они обнаружили, что Sgr A* вращается с угловой скоростью (количество оборотов в секунду), которая составляет около 60% от максимально возможного значения, предел, установленный тем, что материал не может двигаться быстрее скорости света. В прошлом разные астрономы делали несколько других оценок скорости вращения Стрельца А*, используя разные методы, причем результаты варьировались от того, что Стренец А* вообще не вращается, до того, что он вращается почти с максимальной скоростью. «Наша работа может помочь решить вопрос о том, как быстро вращается сверхмассивная черная дыра нашей галактики», — сказала Рут Дейли из Университета штата Пенсильвания, которая является ведущим автором нового исследования. «Наши результаты показывают, что стрелок А* вращается очень быстро, что интересно и имеет далеко идущие последствия».
Вращающаяся черная дыра притягивает «пространство-время» (комбинацию времени и трех измерений пространства) и близлежащую материю во время своего вращения. Пространство-время вокруг вращающейся черной дыры также сжимается. Глядя на черную дыру сверху, вдоль ствола любой струи, которую она производит, пространство-время имеет круглую форму. Однако, если посмотреть на вращающуюся черную дыру сбоку, пространство-время имеет форму футбольного мяча. Чем быстрее вращение, тем более плоский футбол. Вращение черной дыры может выступать в качестве важного источника энергии. Вращающиеся сверхмассивные черные дыры могут производить коллимированные потоки, то есть узкие пучки материала, такие как джеты, когда извлекается их энергия вращения, что требует, чтобы в окрестностях 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 относительно слабые джеты. Эта работа, однако, показывает, что ситуация может измениться, если количество материала в окрестностях Стрельца А* увеличится.
«Вращающаяся черная дыра подобна ракете на стартовой площадке», — сказал Бини Себастьян, соавтор из Университета Манитобы в Виннипеге, Канада. «Как только материал приближается достаточно близко, создается впечатление, будто кто-то заправил ракету топливом и нажал кнопку запуска». Это означает, что в будущем, если свойства материи и напряженность магнитного поля вблизи черной дыры изменятся, часть огромной энергии вращения черной дыры может вызвать более мощные истечения. Этот исходный материал может происходить из газа или из остатков звезды, разорванной гравитацией черной дыры, если эта звезда подойдет слишком близко к Стрельцу А*. «Джеты, приводимые в движение и коллимированные вращающейся центральной черной дырой галактики, могут серьезно повлиять на снабжение газом всей галактики, что влияет на то, насколько быстро и даже на то, смогут ли образовываться звезды», — сказала соавтор Меган Донахью из Университета штата Мичиган.
«Пузыри Ферми, видимые в рентгеновских и гамма-лучах вокруг черной дыры нашего Млечного Пути, показывают, что черная дыра, вероятно, была активна в прошлом. Измерение вращения нашей черной дыры является важным тестом этого сценария». Для определения спина Sgr A* авторы использовали эмпирически обоснованный теоретический метод, называемый «методом истечения», который детализирует связь 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 ограничить вращение черной дыры. «У нас особый взгляд на Sgr A*, потому что это ближайшая к нам сверхмассивная черная дыра», — сказал соавтор Анан Лу из Университета Макгилла в Монреале, Канада. «Хотя сейчас тихо, наша работа показывает, что в будущем это даст невероятно мощный толчок окружающей материи. Это может произойти через тысячу или миллион лет, или это может произойти при нашей жизни».
