Измерено вращение сверхмассивной черной дыры в Млечном Пути

[VAOZ]

Как только черная дыра образуется, ее интенсивное гравитационное поле создает область, за которую не может выйти даже свет, и она кажется посторонним черной. Все детали сложного сочетания материи и энергии из прошлого утеряны, что делает ее настолько простой, что ее можно полностью описать всего тремя параметрами: массой, вращением и электрическим зарядом. Астрономы могут относительно просто измерить массы черных дыр, наблюдая, как материя движется в их окрестностях (включая другие черные дыры) под действием их гравитационных полей.

Считается, что заряды черных дыр незначительны, если количество положительных и отрицательных падающих зарядов уравновешено. Спины черных дыр определить сложно; обычно они определяются путем интерпретации рентгеновского излучения от горячего внутреннего края аккреционного диска вокруг черной дыры. Спин количественно оценивается числом от нуля до единицы, а спины черных дыр измеряются с результатами в диапазоне от нескольких десятых до близких к единице.

В центре галактики Млечный Путь находится сверхмассивная черная дыра (СМЧД), Стрелец А, с массой около четырех миллионов солнечных масс. Она находится на расстоянии около двадцати семи тысяч световых лет, это самый близкий к нам такой объект, и хотя он не так активен и ярок, как другие сверхмассивные галактические ядра, его относительная близость дает астрономам уникальную возможность исследовать, что происходит вблизи «края» массивной черной дыры.

Галактический центр СМЧД окружен скоплением звезд и сгустками слабо светящегося материала. В последние годы астрономы смогли довести тесты общей теории относительности до новых пределов, измеряя и моделируя движения этих сгустков, когда они вращаются вокруг СМЧД. Однако вращение черной дыры не было определено каким-либо образом, но его значение могло бы помочь ограничить модели возможной реактивной активности.

Астрономы CfA Джакомо Фраджоне и Ави Лоеб поняли, что пространственное распределение одной группы объектов скопления, так называемых S-звезд, можно было бы использовать для исследования спина. В настоящее время известно около сорока известных S-звезд, которые вращаются вокруг СМЧД всего за 9,9 лет, а недавние исследования показывают, что все вместе они лежат в двух дисках, расположенных почти с ребра, причем звезды в каждом диске вращаются вокруг черной дыры, но в противоположных направлениях.

Астрономы поняли, что эта необычная геометрия может позволить оценить вращение. Одно из наиболее любопытных и неинтуитивных предсказаний теории относительности состоит в том, что пространство не только искажается гравитацией массивного тела, но также (хотя и в меньшей степени) из-за вращения тела. Это так называемый «эффект перетаскивания кадра», небольшое и трудноизмеримое явление (которое, однако, подтвердилось).

Астрономы показывают, что в случае SgrA, перетаскивание кадра окажет заметное влияние на орбиты S-звезд в этих дисках. Предполагая, что орбитальные плоскости S-звезд стабильны во времени, они могут показать, что вращение сверхмассивной черной дыры в Млечном Пути должно быть меньше примерно 0,1.