Рекордное измерение вращения черной дыры
Астрономы сделали рекордное измерение вращения черной дыры, одного из двух фундаментальных свойств черных дыр. Рентгеновская обсерватория НАСА Чандра показывает, что эта черная дыра вращается медленнее, чем большинство ее меньших собратьев. Это самая массивная черная дыра с точным измерением спина, которая дает подсказки о том, как растут некоторые из самых больших черных дыр во Вселенной.
Предоставлено: Рентгеновский центр Чандра
Сверхмассивные черные дыры содержат в миллионы или даже миллиарды раз больше массы, чем Солнце. Астрономы считают, что почти каждая крупная галактика имеет в центре сверхмассивную черную дыру . Хотя существование сверхмассивных черных дыр не оспаривается, ученые все еще работают над тем, чтобы понять, как они растут и развиваются. Одним из важных элементов информации является скорость вращения черных дыр.
«Каждую черную дыру можно определить всего двумя числами: ее вращением и ее массой», — сказала Джулия Сиск-Рейнс из Института астрономии (IoA) Кембриджского университета в Великобритании, которая руководила новым исследованием. «Хотя это звучит довольно просто, вычисление этих значений для большинства черных дыр оказалось невероятно сложным».
Для этого исследователи наблюдали рентгеновские лучи, которые отражались от диска материала, вращающегося вокруг черной дыры в квазаре, известном как H1821+643. Квазары содержат быстрорастущие сверхмассивные черные дыры, которые генерируют большое количество излучения в небольшой области вокруг черной дыры. Черная дыра H1821+643, расположенная в скоплении галактик примерно в 3,4 миллиарда световых лет от Земли, имеет массу от трех до 30 миллиардов солнечных масс, что делает ее одной из самых массивных известных. Напротив, сверхмассивная черная дыра в центре нашей галактики весит около четырех миллионов Солнц.
Сильные гравитационные силы вблизи черной дыры изменяют интенсивность рентгеновских лучей при разных энергиях. Чем больше изменение, тем ближе внутренний край диска должен быть к точке невозврата черной дыры, известной как горизонт событий. Поскольку вращающаяся черная дыра увлекает за собой пространство и позволяет материи вращаться ближе, чем это возможно для невращающейся дыры, данные рентгеновского излучения могут показать, насколько быстро черная дыра вращается.
«Мы обнаружили, что черная дыра в H1821+643 вращается примерно вдвое медленнее, чем большинство черных дыр весом от миллиона до десяти миллионов солнц», — сказал соавтор Кристофер Рейнольдс, также из IoA. «Вопрос на миллион долларов: почему?»
Ответ может заключаться в том, как эти сверхмассивные черные дыры растут и развиваются. Это относительно медленное вращение подтверждает идею о том, что самые массивные черные дыры, такие как H1821+643, в основном растут за счет слияния с другими черными дырами или за счет того, что газ втягивается внутрь в случайных направлениях, когда их большие диски разрушаются.
Сверхмассивные черные дыры, растущие таким образом, часто претерпевают большие изменения вращения, в том числе замедляются или смещаются в противоположном направлении. Следовательно, предсказание состоит в том, что самые массивные черные дыры должны иметь более широкий диапазон скоростей вращения, чем их менее массивные родственники.
С другой стороны, ученые ожидают, что менее массивные черные дыры будут накапливать большую часть своей массы за счет вращающегося вокруг них газового диска. Поскольку ожидается, что такие диски будут стабильными, поступающее вещество всегда приближается с направления, которое заставит черные дыры вращаться быстрее, пока они не достигнут максимально возможной скорости, то есть скорости света.
«Умеренное вращение этого сверхмассивного объекта может быть свидетельством жестокой и хаотичной истории самых больших черных дыр во Вселенной», — сказал соавтор Джеймс Мэтьюз, также из IoA. «Это также может дать представление о том, что произойдет со сверхмассивной черной дырой нашей галактики через миллиарды лет в будущем, когда Млечный Путь столкнется с Андромедой и другими галактиками».
Эта черная дыра предоставляет информацию, дополняющую то, что астрономы узнали о сверхмассивных черных дырах, наблюдаемых в нашей галактике и в M87, изображения которых были получены телескопом Event Horizon. В этих случаях массы черной дыры хорошо известны, а спин — нет.
Статья, описывающая эти результаты Сиск-Рейнс и ее сотрудников, опубликована в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества .
Центр космических полетов имени Маршалла НАСА управляет программой Chandra. Рентгеновский центр Чандра Смитсоновской астрофизической обсерватории контролирует научные операции из Кембриджа, штат Массачусетс, и полеты из Берлингтона, штат Массачусетс.
