Черная дыра в центре нашей галактики изменяет пространство-время вокруг себя

Новое исследование показало, что сверхмассивная черная дыра в центре нашей галактики (Стрелец А*) быстро вращается и изменяет пространство-время вокруг себя.

Пространство-время — это четырехмерный континуум, который описывает то, как мы видим пространство, объединяя одномерное время и трехмерное пространство вместе, чтобы представить пространственную ткань, которая искривляется в ответ на массивные небесные тела.

Команда физиков наблюдала за черной дырой, расположенной на расстоянии  26 000 световых лет от Земли , с помощью рентгеновской обсерватории НАСА «Чандра» (телескопа, предназначенного для обнаружения рентгеновского излучения из горячих регионов Вселенной). Они рассчитали скорость вращения Стрельца А*, используя так называемый метод оттока, который рассматривает радиоволны и рентгеновское излучение, которые можно обнаружить в материале и газах, окружающих черные дыры, также известные как аккреционный диск.

Исследователи подтвердили, что черная дыра вращается, что вызывает так называемый эффект Лензе-Тирринга. Эффект Лензе-Тирринга — это то, что происходит, когда черная дыра увлекает пространство-время вместе со своим вращением, сказала ведущий автор исследования Рут Дейли.

«Благодаря этому вращению Стрелец А* радикально изменит форму пространства-времени в окрестностях», — сказала Дейли. «Мы привыкли думать и жить в мире, где все пространственные измерения эквивалентны — расстояние до потолка, расстояние до стены и расстояние до пола.

«Но если рядом с вами находится быстро вращающаяся черная дыра, то пространство-время вокруг нее не симметрично — вращающаяся черная дыра увлекает за собой все пространство-время… она сжимает пространство-время, и оно выглядит как футбольный мяч», — сказала исследователь.

По словам Дейли, изменение пространства-времени не должно вызывать беспокойства, но освещение этого явления может быть очень полезным для астрономов.

«Это замечательный инструмент для понимания роли, которую черные дыры играют в формировании и эволюции галактик», — сказала она. «Тот факт, что это динамические объекты, которые могут вращаться… и затем могут влиять на галактику, в которой находятся, — это очень захватывающе и очень интересно».

Вращение сверхмассивных черных дыр

Вращению черной дыры присваивается значение от 0 до 1, где 0 означает, что черная дыра не вращается, а 1 — максимальное значение вращения. По словам Дейли, ранее не было единого мнения относительно значения вращения Стрельца А*.

По словам Дейли, с помощью метода истечения, который является единственным методом, который использует как информацию из истечения, так и из материала в окрестностях черной дыры, было обнаружено, что Стрелец А имеет значение спинового углового момента между 0,84 и 0,96. При этом было обнаружено, что M87*, черная дыра в сверхгигантской эллиптической галактике в созвездии Девы, находящейся на расстоянии 55 миллионов световых лет от Земли, вращается со значением 1 и находится вблизи максимума для своей массы.

Хотя команда обнаружила, что две черные дыры вращаются с одинаковой скоростью, M87* намного массивнее, чем Стрелец A*, сказала Дейли, поэтому Стрельцу A* нужно преодолеть меньшее расстояние, и она совершает большее количество оборотов за один оборот M87*.

Стрелец А* «вращается гораздо быстрее не потому, что у нее более высокий угловой момент вращения, а потому, что ей нужно пройти меньшее расстояние, когда она делает один оборот», — объяснила Дейли.

Черные дыры и история галактики

По словам Дейли, знание массы и вращения черной дыры помогает астрономам понять, как черная дыра могла сформироваться и развиваться.

По словам Деяна Стойковича, профессора космологии в Университете Буффало, который не участвовал в исследовании, черные дыры, образовавшиеся в результате слияния более мелких черных дыр, обычно имеют низкое значение вращения. Однако черная дыра, образовавшаяся в результате аккреции окружающего газа, будет иметь высокое значение вращения.

По его словам, скорость вращения Стрельца А* указывает на то, что значительная часть массы черной дыры возникла в результате аккреции.

«Вопрос о том, вращается или нет наша центральная галактическая черная дыра, или как быстро она вращается, очень важен», — сказал Стойкович.

«В конечном итоге мы хотим как можно точнее измерить свойства центра нашей галактики. Таким образом, мы можем узнать об истории и структуре нашей галактики, проверить наши теории или даже сделать вывод о существовании некоторых очень интересных и интригующих объектов, таких как червоточины», — добавил Стойкович, ведущий автор исследования 2019 года, посвященного гипотетическим «кротовым норам» в космосе.