Сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути приближается к космическому пределу скорости

Физики рассчитали скорость вращения сверхмассивной черной дыры Млечного Пути, называемой Стрелец А* (Sgr A*), используя рентгеновскую обсерваторию НАСА «Чандра» для наблюдения за рентгеновскими лучами и радиоволнами, исходящими от потоков материала.

Скорость вращения черной дыры определяется как «а» и принимает значение от 0 до 1, где 1 — максимальная скорость вращения конкретной черной дыры, что составляет значительную часть скорости света.

Рут А. Дейли, физик из штата Пенсильвания, и ее коллеги обнаружили, что скорость вращения Стрельца А* составляет от 0,84 до 0,96 — близко к верхнему пределу, определяемому шириной черной дыры. Команда описала невероятную скорость Sgr A* в исследовании, опубликованном 21 октября в журнале «Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества».

«Обнаружение того, что Cтрелец А* вращается с максимальной скоростью, имеет далеко идущие последствия для нашего понимания образования черных дыр и астрофизических процессов, связанных с этими удивительными космическими объектами», — заявил Ксавье Калмет, физик-теоретик из Университета Сассекса, который не принимал участия в исследовании.

Вращение черной дыры отличается от вращения других космических объектов. В то время как планеты, звезды и астероиды представляют собой твердые тела с физической поверхностью, черные дыры на самом деле представляют собой области пространства-времени, ограниченные внешней нефизической поверхностью, называемой горизонтом событий, за пределы которой не может выйти никакой свет.

«В то время как вращение планеты или звезды определяется распределением ее массы, вращение черной дыры описывается ее угловым моментом», — сказал Калмет. «Из-за экстремальных гравитационных сил вблизи черной дыры вращение заставляет пространство-время сильно искривляться и скручиваться, образуя так называемую эргосферу. Этот эффект уникален для черных дыр и не возникает с твердыми телами, такими как планеты или звезды».

Это означает, что, вращаясь, черные дыры буквально перекручивают саму ткань пространства-времени и увлекают за собой все, что находится в эргосфере.

Это явление, называемое «перетаскиванием кадра» или «эффектом Ленсинга-Тирринга», означает, что, чтобы понять, как ведет себя пространство вокруг черной дыры, исследователям необходимо знать ее вращение. Это перетаскивание кадров также приводит к странным визуальным эффектам вокруг черных дыр.

«Поскольку свет движется близко к вращающейся черной дыре, вращение пространства-времени приводит к искривлению или искажению пути света», — сказал Калмет. «Это приводит к явлению, называемому гравитационным линзированием, когда траектория света искривляется из-за гравитационного воздействия вращающейся черной дыры. Эффект перетаскивания кадра может привести к образованию световых колец и даже к созданию тени черной дыры. Это проявления гравитационного влияния черных дыр на свет».

Теоретическая максимальная скорость черной дыры определяется тем, как она питается материей и, следовательно, как она растет.

«Когда материя падает в черную дыру, она увеличивает вращение черной дыры, но есть предел тому, каким угловым моментом она может обладать», — сказал Калмет. «Еще одним фактором является масса черной дыры. Более массивные черные дыры обладают более высоким гравитационным притяжением, что затрудняет увеличение их вращения».

«Кроме того, взаимодействие между черной дырой и ее окружением, например аккреционными дисками, может передавать угловой момент и влиять на вращение черной дыры», — добавил он.

Это может объяснить, почему Sgr A*, масса которого равна примерно 4,5 миллионам Солнц, имеет скорость вращения от 0,84 до 0,96, а быстро питающаяся сверхмассивная черная дыра в сердце галактики M87 — первая черная дыра, когда-либо сфотографированная  — вращается со скоростью от 0,89 до 0,91, несмотря на то, что ее масса равна 6,5 миллиарда Солнц.

Источник