Телескопи виявляють швидке обертання чорної діри Чумацького Шляху

Ілюстрація цього художника показує поперечний переріз надмасивної чорної діри та навколишнього матеріалу в центрі нашої галактики. Чорна сфера в центрі представляє горизонт подій чорної діри, точку неповернення, з якої ніщо, навіть світло, не може вийти. Дивлячись на обертову чорну діру збоку, як зображено на цій ілюстрації, навколишній простір-час має форму американського футбольного м’яча.

Жовто-помаранчевий матеріал з обох боків представляє газ, що обертається навколо чорної діри. Цей матеріал неминуче занурюється в чорну діру і перетинає горизонт подій, коли потрапляє всередину футбольної форми. Таким чином, область у формі футбольного м’яча, але за межами горизонту подій, зображена як порожнина. Сині краплі показують струмені, що вилітають з полюсів чорної діри, що обертається.

• Нове дослідження може допомогти розв’язувати питання про те, як швидко обертається надмасивна чорна діра Чумацького Шляху.
• Чорна діра, відома як Стрілець A* (Sgr A*), містить приблизно в 4 мільйони мас Сонця.
• Використовуючи рентгенівську обсерваторію NASA Chandra та Very Large Array NSF, це дослідження виявило, що Sgr A* обертається дуже швидко.
• Це високе обертання спотворює простір-час навколо Sgr A*, тому виглядає, що він має форму американського футбольного м’яча.

Ілюстрація цього художника зображує результати нового дослідження надмасивної чорної діри в центрі нашої галактики під назвою Стрілець A* (скорочено Sgr A*). Цей результат показав, що Sgr A* обертається настільки швидко, що спотворює простір-час — тобто час і три виміри простору — так що може виглядати більше як футбольний м’яч.

Ці результати були отримані за допомогою рентгенівської обсерваторії Чандра НАСА та дуже великого масиву Карла Г. Янського (VLA) NSF. Команда дослідників застосувала новий метод, який використовує рентгенівські та радіодані, щоб визначити, як швидко Sgr A* обертається на основі того, як матеріал тече до чорної діри та від неї. Вони виявили, що Sgr A* обертається з кутовою швидкістю, що становить приблизно 60% від максимально можливого значення, і з кутовим моментом приблизно 90% від максимально можливого значення.

Чорні діри мають дві фундаментальні властивості: їх масу (скільки вони важать) і оберт (як швидко вони обертаються). Визначення будь-якого з цих двох значень розповість вченим багато про будь-яку чорну діру та про те, як вона поводиться. У минулому астрономи зробили кілька інших оцінок швидкості обертання Sgr A*, використовуючи різні методи, з результатами, починаючи від того, як Sgr A* не обертається взагалі, до того, що він обертається з майже максимальною швидкістю.

Нове дослідження показує, що Sgr A* насправді обертається дуже швидко, що спричиняє здавлення простору-часу навколо нього. На малюнку показано поперечний переріз Sgr A* і матеріал, що обертається навколо нього в диску. Чорна сфера в центрі представляє так званий горизонт подій чорної діри, точку неповернення, з якої ніщо, навіть світло, не може вирватися.

Дивлячись на обертову чорну діру збоку, як зображено на цій ілюстрації, навколишній простір-час має форму футбольного м’яча. Чим швидше обертається, тим м’яч плоскіший.

Жовто-помаранчевий матеріал з обох боків представляє газ, що обертається навколо Sgr A*. Цей матеріал неминуче занурюється в чорну діру і перетинає горизонт подій, коли потрапляє всередину футбольної форми. Таким чином, область у формі футбольного м’яча, але за межами горизонту подій, зображена як порожнина. Сині краплі показують струмені, що вилітають з полюсів чорної діри, що обертається. Якщо дивитися на чорну діру зверху, вздовж стовбура струменя, то простір-час має круглу форму.

Обертання чорної діри може виступати в якості важливого джерела енергії. Надмасивні чорні діри, що обертаються, створюють колімовані потоки, такі як струмені, коли їх обертова енергія витягується, що вимагає, щоб поблизу чорної діри була принаймні якась речовина. Через обмеженість палива навколо Sgr A* ця чорна діра була відносно тихою в останні тисячоліття з відносно слабкими струменями. Ця робота, однак, показує, що це може змінитися, якщо кількість матеріалу в околицях Sgr A* збільшиться.

Щоб визначити спін Sgr A*, автори використали емпірично засновану техніку, звану «метод відтоку», який детально описує взаємозв’язок між обертанням чорної діри та її масою, властивостями матерії поблизу чорної діри та властивості відтоку. Колімований потік створює радіохвилі, тоді як газовий диск, що оточує чорну діру, відповідає за рентгенівське випромінювання. Використовуючи цей метод, дослідники поєднали дані Chandra та VLA з незалежною оцінкою маси чорної діри з інших телескопів, щоб обмежити обертання чорної діри.