Эйнштейн утверждал, что черная дыра определяется тремя свойствами: массой, спином и электрическим зарядом. Заряд черной дыры должен быть близок к нулю, поскольку вещество, захваченное черной дырой, электрически нейтрально. Масса черной дыры определяет размер ее горизонта событий и может быть измерена несколькими способами: от яркости материала вокруг нее до орбитального движения ближайших звезд. Но вот вращение черной дыры изучать гораздо сложнее. На самом деле мы не знаем с какой скоростью вращается сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути. Мы знаем, что звезды и планеты вращаются вокруг своей оси, и ровно то же самое происходит с черными дырами. Разница лишь в том, что у черных дыр нет физической поверхности, как у звезд и планет. Спин черной дыры, как и ее масса, является пространственно-временным свойством и определяет, как искривляется пространство вокруг черной дыры, таким образом, чтобы измерить спин черной дыры, нужно изучить, как материя ведет себя вблизи нее.
Сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути – загадка для ученых.
Как вращаются черные дыры?
В ходе исследования, опубликованного в журнале Astrophysical Journal Letters, было измерено вращение некоторых сверхмассивных черных дыр. Все потому, что с помощью нескольких активных черных дыр исследователи могут изучать рентгеновские лучи, испускаемые их аккреционными дисками. Рентгеновский луч света от диска получает импульс энергии от вращения, и, измеряя этот импульс, можно определить спин.
Но есть еще один способ – получить прямое изображение черной дыры, как сделали астрономы с той, что находится в центре эллиптической галактики Messier 87 (М87) в созвездии Девы. Кольцо света, которое мы видим на изображении, ярче на стороне, вращающейся к нам.
Тот самый знаменитый снимок черной дыры. Одна сторона на снимке ярче из-за ее вращения.
Но несмотря на эти потрясающие результаты, спина черной дыры, что вращается в центре галактики Млечный Путь исследователи по-прежнему не знают. Проблема заключается в том, что наша черная дыра не очень активна, и она намного меньше, чем та, что расположилась в центре эллиптической галактики М87. Отчасти именно по этой причине астрономы не могут измерить ее вращение, наблюдая свет вблизи черной дыры. Хорошие же новости заключаются в том, что в новом исследовании ученые предлагают новый способ для измерения спина сверхмассивной черной дыры в самом сердце нашей галактики.
Их метод использует свойство, известное как эффект Лензе-Тирринга (frame dragging), с помощью которого можно наблюдать как прецессия плоскости орбиты пробной массы, обращается вокруг массивного вращающегося тела, либо как прецессия оси вращения гироскопа в окрестностях такого тела. Когда масса вращается, она слегка искривляет пространство вокруг себя. Мы знаем, что это реально, потому что ученые измерили эффект Линзе-Терринга Земли.
Рентгеновские лучи от черной дыры говорят астрономам о ее вращении.NASA/JPL-Caltech
Вращение черной дыры создает тот же самый эффект, и, измеряя его, можно определить вращение черной дыры. Учитывая, что запустить зонд на орбиту вокруг черной дыры, как это было с Землей, невозможно, новый способ кажется самым настоящим решением проблемы.
Тайны Млечного Пути
Наша галактика скрывает в себе множество тайн, но наибольшее их количество сосредоточено вокруг сверхмассивной черной дыры, рядом с которой вращается большое количество звезд. Кстати, о наиболее интересных из них я писала в этой статье. Орбиты около сорока из этих звезд, известных как S-звезды, проходят по опасной траектории, сближаясь с черной дырой. Однако из-за эффекта Лензе-Тирринга со временем их орбиты должны смещаться. Изначально авторы нового исследования предположили, что измерив эти сдвиги, можно будет измерить спин черной дыры. Астрономы логично полагали, что чем больше спин, тем больше смещение орбиты.
S-звездное скопление, вращающееся вокруг черной дыры в нашей галактике.
Однако в ходе исследования, после внимательного изучения орбиты S-звезд, эффекта Линзе-Терринга обнаружено не было. Учитывая тот факт, что орбиты этих звезд хорошо известны астрономам, мы знаем, что черная дыра в центре нашей галактики должна вращаться медленно. Таким образом команда определила, что спин черной дыры в самом сердце нашей галактики может быть не более 0,1 по шкале от 0 до 1, что означает, что она вращается менее чем на 10% от максимально возможного спина для черной дыры. Для сравнения, спин черной дыры М87 равен по меньшей мере 0,4.
