Зображення, створене за допомогою Teleskopu Horizonu Zdarze? (EHT), показує гало світла, спотворене гравітацією чорної дірки та спрямоване до нас. З одного боку гало світліше, що, згідно з загальною теорією відносності, пов’язане з обертанням або спиною чорної дірки. Це було перше пряме підтвердження обертання чорної дірки. У новому дослідженні, опублікованому в журналі Nature, було надано додаткові докази обертання.
Те, що M87 обертається не є дивовижним науковим фактом. Всі об’єкти, починаючи від зірок і закінчуючи планетами, обертаються, тому астрономи очікують, що всі чорні дірки теж обертаються. Випробування полягало у доказі цього факту.
Оскільки у чорних дірок немає поверхневих особливостей, єдиний спосіб визначити їх спин полягає у вивченні їх згинального ефекту на простір і час, а також його впливу на навколишні світло, газ та пил. Спостереження Телескопа горизонту подій (Event Horizon Telescope, EHT) допомогли вченим вкотре підтвердити справедливість загальної теорії відносності Ейнштейна. Але дослідницька група вирішила пошукати якісь докази обертання, які не ґрунтуються на цьому припущенні.
Нове дослідження ґрунтувалося на ефект прецесії. Оскільки чорна діра M87 активна, вона викидає струмені речовини майже зі швидкістю світла. Якщо чорна діра прецесує, то напрямок цих струменів повинен змінюватися з часом. Саме на відстеження цих змін зосередилися вчені.
Команда проаналізувала понад 17 років накопичених даних про викиди чорної дірки та виявила, що орієнтація струменів трохи змінюється з часом. Вона осцилює (вагається) з різницею близько 10 градусів із періодичністю 8-10 років. Це означає, що вісь обертання чорної дірки прецесує в межах цього кута. Оскільки прецесія є прямим ефектом обертання, це підтверджує обертання чорної дірки.
Хоча команда підтвердила обертання, дослідження викликає питання про те, який саме механізм викликає прецесію чорної діри. Невеликі, щодо чорної дірки, об’єкти, прецесують, тому що вони зазнають гравітаційного впливу від іншого масивного. Однак, чорна діра M87 є найпотужнішим об’єктом у галактиці, поряд з нею немає іншого об’єкта зі схожою масою. Відповідь на причини прецесії може бути пов’язана з ефектом Ленса-Тіррінга: у загальній теорії відносності об’єкт, що обертається, викривляє простір-час навколо себе, це означає, що все, що знаходиться на орбіті навколо цього об’єкта, може мати спотворену орбіту. Для тіл, як-от Земля, цей ефект вкрай незначний. Для чорних дірок ефект Ленса-Тіррінга може бути добре помітним. Можливо, саме це викликає незначний спосіб акреційного диска матерії, оточуючого чорну дірку, і коли матеріал поглинається чорною діркою, саме він надає слабкий момент, що крутить, на чорну дірку, викликаючи її прецесію. Якщо це так, то струмені багатьох інших надмасивних чорних дірок мають проявляти аналогічний ефект.
Одним з найбільш цінних результатів дослідження стало те, що воно надає вченим надійні дані про динамічну поведінку чорної діри. Більше не потрібно покладатися виключно на обчислювальні моделі для розуміння взаємодії чорних дірок із навколишнім середовищем. Тепер вчені можуть порівнювати моделі з даними, що допоможе не тільки краще зрозуміти фізику чорних дірок, а й галактики, в яких вони знаходяться.