General, Research, Technology

З якою швидкістю обертається надмасивна чорна діра в центрі Чумацького шляху?

Ейнштейн стверджував, що чорна діра визначаєтьсятрьома властивостями: масою, спіном і електричним зарядом. Заряд чорної діри повинен бути близький до нуля, оскільки речовина, захоплене чорною дірою, електрично нейтрально. Маса чорної діри визначає розмір її горизонту подій і може бути виміряна кількома способами: від яскравості матеріалу навколо неї до орбітального руху найближчих зірок. Але ось обертання чорної діри вивчати набагато складніше. Насправді ми не знаємо з якою швидкістю обертається надмасивна чорна діра в центрі Чумацького Шляху. Ми знаємо, що зірки і планети обертаються навколо своєї осі, і рівно те ж саме відбувається з чорними дірами. Різниця лише в тому, що у чорних дір немає фізичної поверхні, як у зірок і планет. Спін чорної діри, як і її маса, є просторово-тимчасовим властивістю і визначає, як викривляється простір навколо чорної діри, таким чином, щоб виміряти спін чорної діри, потрібно вивчити, як матерія поводиться поблизу неї.

Надмасивна чорна діра в центрі Чумацького Шляху - загадка для вчених

Як обертаються чорні діри?

В ході дослідження, опублікованого вAstrophysical Journal Letters, було виміряно обертання деяких надмасивних чорних дір. Все тому, що за допомогою декількох активних чорних дір дослідники можуть вивчати рентгенівські промені, що випускаються їх аккреционного дисками. Рентгенівський промінь світла від диска отримує імпульс енергії від обертання, і, вимірюючи цей імпульс, можна визначити спін.

Але є ще один спосіб - отримати прямезображення чорної діри, як зробили астрономи з тієї, що знаходиться в центрі еліптичної галактики Messier 87 (М87) в сузір'ї Діви. Кільце світла, яке ми бачимо на зображенні, яскравіше на стороні, що обертається до нас. Детальніше про те, як дослідникам вдалося отримати перше в історії зображення чорної діри, читайте в нашому матеріалі.

Той самий знаменитий знімок чорної діри. Одна сторона на знімку яскравіше через її обертання.

Ще більше цікавих статей про те, як астрономи вивчають спостережувану Всесвіт, читайте на нашому каналі в Яндекс.Дзен. Там регулярно виходять статті, яких немає на сайті!

Але незважаючи на ці приголомшливі результати, спиначорної діри, що обертається в центрі галактики Чумацький Шлях дослідники як і раніше не знають. Проблема полягає в тому, що наша чорна діра не дуже активна, і вона набагато менша, ніж та, що розташувалася в центрі еліптичної галактики М87. Почасти саме з цієї причини астрономи не можуть виміряти її обертання, спостерігаючи світло поблизу чорної діри. Гарні ж новини полягають в тому, що в новому дослідженні вчені пропонують новий спосіб для вимірювання спина надмасивної чорної діри в самому серці нашої галактики.

Їх метод використовує властивість, відоме як ефект Ленз-Тіррінга (Frame dragging), за допомогою якого можнаспостерігати як прецесія площини орбіти пробної маси, обертається навколо масивного тіла, що обертається, або як прецесія осі обертання гіроскопа в околицях такого тіла. Коли маса обертається, вона злегка викривляє простір навколо себе. Ми знаємо, що це реально, тому що вчені виміряли ефект Лінзі-Террінга Землі.

Рентгенівські промені від чорної діри кажуть астрономам про її обертанні. Фото: NASA / JPL-Caltech

Обертання чорної діри створює той же самий ефект,і, вимірюючи його, можна визначити обертання чорної діри. З огляду на, що запустити зонд на орбіту навколо чорної діри, як це було з Землею, неможливо, новий спосіб здається справжнісіньким вирішенням проблеми.

Таємниці Чумацького Шляху

Наша галактика приховує в собі безліч таємниць, аленайбільша їх кількість зосереджена навколо надмасивної чорної діри, поруч з якою обертається велика кількість зірок. До речі, про найцікавіші з них я писала в цій статті. Орбіти близько сорока з цих зірок, відомих як S-зірки, проходять по небезпечній траєкторії, зближуючись з чорною дірою. Однак через ефект Ленз-Тіррінга згодом їх орбіти повинні зміщуватися. Спочатку автори нового дослідження припустили, що вимірявши ці зрушення, можна буде виміряти спін чорної діри. Астрономи логічно вважали, що чим більше спин, тим більше зсув орбіти.

S-зоряне скупчення, що обертається навколо чорної діри в нашій галактиці.

Вам буде цікаво: Чорні діри можна використовувати в якості джерела нескінченної енергії

Однак в ході дослідження, після уважноговивчення орбіти S-зірок, ефекту Лінзі-Террінга виявлено не було. З огляду на той факт, що орбіти цих зірок добре відомі астрономам, ми знаємо, що чорна діра в центрі нашої галактики повинна обертатися повільно. Таким чином команда визначила, що спін чорної діри в самому серці нашої галактики може бути не більше 0,1 за шкалою від 0 до 1, що означає, що вона обертається менш ніж на 10% від максимально можливого спина для чорної діри. Для порівняння, спін чорної діри М87 дорівнює щонайменше 0,4.