Астрономы нашли первое прямое свидетельство вращения черной дыры, и это еще раз подтвердило теорию относительности Эйнштейна.
Открытие было сделано путем изучения мощных струй энергии, излучаемых черной дырой размером с Солнечную систему в центре соседней галактики Мессье 87. Черная дыра, получившая название M87, является наиболее изученной черной дырой на сегодняшний день и первой, изображение которой было непосредственно получено в 2019 году . Ее тень в форме «бублика» увенчана нечетким ореолом света.
Астрофизики уже давно предсказывали, что черные дыры вращаются, но проблема визуализации космических чудовищ до сих пор затрудняла поиск доказательств.
«После успеха получения изображения черной дыры в этой галактике с помощью [Телескопа горизонта событий (EHT)] вопрос о том, вращается эта черная дыра или нет, стал главной проблемой среди ученых», — Кадзухиро Хада, астроном из Национальной астрономической обсерватории Япония, говорится в заявлении. «Теперь ожидание превратилось в уверенность. Эта чудовищная черная дыра действительно вращается».
Черные дыры обладают настолько мощным гравитационным притяжением, что ничто (даже свет) не может покинуть их пасть, но это не значит, что их нельзя увидеть. Это связано с тем, что активные черные дыры окружены аккреционными дисками — огромными шлейфами материала, извлеченного из газовых облаков и звезд, нагретыми до раскаленных температур в результате трения по спирали в устьях черных дыр.
Часть этого материала выплевывается, образуя две струи горячего материала, которые примерно в десятой части случаев движутся со скоростью 99,9% скорости света. Как струи черных дыр приобретают огромную энергию, необходимую для этого, остается загадкой, но физики использовали общую теорию относительности Эйнштейна, чтобы предположить, что материал мог бы получить ее из магнитных полей космических монстров, если бы они быстро вращались вокруг своих осей.
Черные дыры, вероятно, приобрели часть своего вращения с первых дней своего существования в качестве звезд, которые, когда они внезапно схлопнулись внутрь, стали подобны фигуристам, которые тянут руки, чтобы вращаться быстрее. Со временем это вращение, вероятно, стало ускоряться из-за эффекта падения материи со звезд, разорванных черными дырами, или из-за катастрофических столкновений с другими массивными объектами.
Чтобы найти ключ к разгадке этого неуловимого вращения, астрономы обратились к сверхмассивной черной дыре M87, которая использует свою массу (в 6,5 миллиардов раз больше солнечной) для закрепления целой галактики.
Изучая M87 с помощью глобальной сети радиотелескопов с 2000 по 2022 год, астрономы обнаружили, что струи черной дыры тикают взад и вперед, как метрономы, отмечающие 11-летний цикл. Это показало, что черная дыра прецессировала или раскачивалась вокруг своей оси во время вращения, подобно волчку.
«Мы в восторге от этого важного открытия», — сказал в заявлении ведущий автор Цуй Юйчжу, астроном из лаборатории Чжэцзян в Ханчжоу, Китай. «Поскольку смещение между черной дырой и диском относительно невелико, а период прецессии составляет около 11 лет, для достижения этого достижения необходимы накопление данных с высоким разрешением, отслеживающих структуру M87 за два десятилетия, и тщательный анализ».
Помимо еще одного подтверждения теории Эйнштейна, открытие вращения черной дыры порождает ряд интересных вопросов. Среди них есть те, которые касаются того, какие катастрофические события могли вызвать такое быстрое вращение, а также возможности открытия фотонных сфер — слабого светового кольца, окружающего черную дыру, которое могло бы дать важные подсказки в теории квантовой гравитации.