Телескопы показывают быстрое вращение черной дыры Млечного Пути, которая искажает пространство-время

• Новое исследование может помочь решить вопрос о том, как быстро Млечный Путьгромадный Черная дыра Вращения.
• Черная дыра, известная как Стрелец А* (Sgr A*), имеет массу примерно в 4 миллиона раз больше массы Солнца.
• Использовать НАСАЭто исследование, проведенное рентгеновской обсерваторией Чандра NSF и Очень большой решеткой NSF, показало, что Sgr A* вращается очень быстро.
• Это сильное вращение искажает пространство-время вокруг Стрельца А*, поэтому оно похоже на форму американского футбола.

На иллюстрации этого художника изображены результаты нового исследования сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики под названием Стрелец А* (сокращенно Sgr A*). Это открытие показало, что Стрелец А* вращается так быстро, что искажает пространство-время, то есть время и три измерения пространства, так что он может больше напоминать футбольный мяч.

Эти результаты были получены с использованием рентгеновской обсерватории НАСА «Чандра» и очень большой антенной решетки Карла Дж. Янски (VLA) Национального научного фонда. Команда исследователей применила новый метод, используемый Рентгеновский И радиоданные, позволяющие определить, насколько быстро вращается Стрелец А*, основываясь на том, как вещество течет к черной дыре и от нее. Они обнаружили, что Стрелец А* вращается с угловой скоростью около 60% от максимально возможного значения и с угловым моментом около 90% от максимально возможного значения.

Черные дыры обладают двумя основными свойствами: массой (сколько они весят) и вращением (насколько быстро они вращаются). Определение любого из этих значений многое говорит ученым о любой черной дыре и о ее поведении. В прошлом астрономы сделали несколько других оценок скорости вращения Стрельца А*, используя различные методы, причем результаты варьировались от того, что Стрелец А* вообще не вращался, до того, что он вращался почти с максимальной скоростью.

Новое исследование предполагает, что Стрелец А* на самом деле вращается очень быстро, сжимая окружающее его пространство-время. На иллюстрации показано поперечное сечение Дуги А* и материала, вращающегося вокруг нее в диске. Черная сфера в центре представляет собой так называемый горизонт событий черной дыры, точку невозврата, из которой ничто, даже свет, не может выбраться.

Если посмотреть на вращающуюся черную дыру сбоку, как показано на этой иллюстрации, окружающее ее пространство-время имеет форму футбольного мяча. Чем выше скорость вращения, тем более плоским становится футбольный мяч.

Желто-оранжевый материал с обеих сторон представляет собой газ, кружащийся вокруг Стрельца А*. Эта материя неизбежно устремляется в черную дыру и пересекает горизонт событий, как только принимает сферическую форму. Таким образом, область внутри футбольного мяча, но за пределами горизонта событий изображается как полость. Синие точки показывают струи, вылетающие из полюсов вращающейся черной дыры. Если мы посмотрим на черную дыру сверху, вдоль сопла, мы обнаружим, что пространство-время имеет круглую форму.

Рентгеновское изображение Стрельца А* и окрестностей Чандра. Авторы и права: НАСА/CXC/Университет. Из Висконсина / Ю.Бай и др.

Вращение черной дыры может служить важным источником энергии. Сверхмассивные черные дыры производят параллельные струйные потоки, когда извлекается их энергия вращения, что требует наличия хотя бы некоторого количества материи в окрестностях черной дыры. Из-за ограниченного количества топлива вокруг Стрельца А* эта черная дыра в последние несколько тысяч лет была относительно тихой и имела относительно слабые джеты. Однако эта работа показывает, что это может измениться, если количество материала возле Sgr A* увеличится.

Чтобы определить вращение черной дыры*, авторы использовали основанную на экспериментах методику, называемую «методом истечения», которая детализирует взаимосвязь между спином и массой черной дыры, свойствами материи вблизи черной дыры и свойствами отток. Параллельный поток наружу производит радиоволны, а газовый диск, окружающий черную дыру, отвечает за излучение рентгеновских лучей. Используя этот метод, исследователи объединили данные Чандры и VLA с независимыми оценками массы черной дыры, полученными другими телескопами, чтобы ограничить вращение черной дыры.

Статья с описанием этих результатов, подготовленная Рут Дейли (Университет штата Пенсильвания), была опубликована в январском номере журнала за 2024 год. Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества.

Ссылка: «Новые значения вращения черной дыры для Стрельца А*, полученные с использованием метода оттока» Рут А. Дейли, Меган Донахью, Кристофер П О'Ди, Байни Себастьян, Дэрил Хаггард и Анан Лу, 21 октября 2023 г., Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества.
doi: 10.1093/manras/stad3228

Другими авторами являются Пенни Себастьян (Университет Манитобы, Канада), Меган Донахью (Университет штата Мичиган), Кристофер О'Ди (Университет Манитобы), Даррелл Хаггард (Университет Макгилла) и Анан Лу (Университет Макгилла).

Центр космических полетов имени Маршалла НАСА управляет программой «Чандра». Рентгеновский центр «Чандра» Смитсоновской астрофизической обсерватории контролирует научные операции из Кембриджа, штат Массачусетс, и полеты из Берлингтона, штат Массачусетс.