Астрономія
Астрономія

Астрономи виміряли спін надмасивної чорної діри у нашій галактиці

NASA / Wikimedia Commons

NASA / Wikimedia Commons

Вчені проаналізували просторовий розподіл S-зірок навколо центру Чумацького Шляху та вирахували, що верхня межа для спіну надмасивної чорної діри нашої галактики становить 0,1. Результати їхньої роботи опубліковані у журналі The Astrophysical Journal.

Що таке спін чорної діри?

Згідно з теоремою про відсутність волосся, усі характеристики чорних дір можна описати за допомогою лише трьох параметрів: маси, спіна та електричного заряду. Коли чорна діра формується, її інтенсивне гравітаційне поле утворює горизонт подій — поверхню, за яку не може вийти навіть світло. Тож уся інформація про речовину, яка утворила чорну діру чи була нею поглинута, не може залишити її межі. Саме цю інформацію у теоремі метафорично називають «волоссям».

Спін, або момент імпульсу чорної діри — це величина, що характеризує її обертання. Визначити цю характеристику важко. Як правило, це робиться шляхом інтерпретації рентгенівського випромінювання із гарячого внутрішнього краю акреційного диска навколо чорної діри. Кількісно ця величина визначається числом від нуля до одиниці. Дотепер обмеження спіну для Стрільця A*, надмасивної чорної діри у центрі Чумацького Шляху, були визначені неточно.

Що відомо про надмасивну чорну діру в центрі Чумацького Шляху?

У центрі Чумацького Шляху знаходиться надмасивна чорна діра Стрілець A*, маса якої становить приблизно чотири мільйони сонячних мас. Вона розташована на відстані близько 27 тисяч світлових років він Землі та є найближчим таким об’єктом для нас. Галактичний центр оточений скупченнями зірок. За допомогою вимірювання та моделювання руху цих скупчень астрономи змогли перевіряти загальну теорію відносності та досліджувати Стрілець A*.

Яке дослідження провели вчені?

Для визначення спіну чорної діри астрономи використали просторовий розподіл так званих S-зірок, що обертаються близько до неї. Наразі дослідникам відомо приблизно сорок таких світил, що здійснюють один оберт навколо Стрільця A* приблизно за 9,9 років. Згідно з останніми спостереженнями, площини обертання цих зірок розташовані у двох дисках, в яких вони рухаються навколо чорної діри у протилежних напрямках. Диски орієнтовані під кутом приблизно ± 45 ° відносно площини галактики.

Схематичне зображення рухів зірок навколо надмасивної чорної діри в центрі нашої галактики. Barker, Patterson, & Spivey; U. Ill. NCSA Advanced Visualization Laboratory

Схематичне зображення рухів зірок навколо надмасивної чорної діри в центрі нашої галактики. Barker, Patterson, & Spivey; U. Ill. NCSA Advanced Visualization Laboratory

Одне з неінтуїтивних передбачень теорії відносності полягає в тому, що простір викривляється не тільки під впливом гравітації масивного тіла, але також спотворюється, хоча і в меншій мірі, обертанням тіла. Це називається ефектом Лензе — Тіррінґа. Згідно з ним, об’єкт, що рухається у напрямку обертання іншого масивного об'єкта, пересуватиметься повз нього швидше, ніж об'єкт, що рухається проти напрямку його обертання. У випадку із центром нашої галактики це матиме помітний вплив на орбіти S-зірок на їхніх дисках. Припускаючи, що орбітальні площини S-зірок стабільні у часі, астрономи змогли вказати, що спін надмасивної чорної діри у центрі Чумацького Шляху повинен бути меншим за 0,1.