Иногда астрономам везет, и они могут наблюдать за событием, чтобы увидеть, как развиваются свойства некоторых из самых массивных объектов во Вселенной. Это произошло в феврале 2020 года, когда группа международных астрономов под руководством Дираджа (ДиДжея) Пашама из Массачусетского технологического института обнаружила одно особенное захватывающее событие, которое помогло им впервые отследить скорость, с которой вращалась сверхмассивная черная дыра.
Доктор Пашам обнаружил яркую вспышку AT2020ocn, зафиксированную переходным комплексом Цвикки в Паломарской обсерватории. Он подумал, что это может означать приливное событие (TDE). В этих экстремальных событиях черная дыра разрывает звезду. Часть остатков звезды выбрасывается из черной дыры, а часть попадает в аккреционный диск. И то, как они падают, может стать ключом к пониманию того, как вращается черная дыра.
То, как этот диск срастается, объясняется космологической теорией, называемой прецессией Лензе-Тирринга, которая показывает, как пространство-время искажается мощными гравитационными полями, такими как поля вокруг черных дыр. Теория Ленса-Тирринга предсказывает, что аккреционный диск, образовавшийся после TDE, будет «раскачиваться» вскоре после события, прежде чем превратиться в более стандартную структуру материи, вращающейся вокруг черной дыры. Ключевым моментом было бы уловить событие TDE очень рано после того, как оно произошло, а затем наблюдать за возникающим в результате «колебанием» в течение как можно более длительного периода времени.
Так что поимка AT2020ocn была лишь первым шагом — дальше авторам пришлось следить за ним — желательно в течение нескольких месяцев. Для этого они привлекли рентгеновский телескоп нейтронной звезды ExploreR (NICER), прикрепленный к МКС. NICER наблюдал за галактикой, содержащей AT2020ocn, в течение 200 дней сразу после яркой вспышки, пойманной Цвикки.
Они начали замечать закономерность. Каждые 15 дней количество рентгеновских лучей, испускаемых вокруг черной дыры, резко достигало пика, указывая на потенциальное «колебание», которое они искали. Подключив эту частоту к уравнениям теории Лензе-Тирринга, а также к оценкам массы звезды и массы черной дыры, они определили, что черная дыра вращается со скоростью 25% скорости света, что на самом деле относительно медленно для черной дыры. .
Скорость вращения черной дыры может увеличиваться или уменьшаться в зависимости от ее местного окружения. По мере того, как он поглощает больше материала, обычно в виде падающего на него вещества из аккреционного диска, скорость его вращения увеличивается. С другой стороны, если она столкнется с другой черной дырой, общая скорость вращения может уменьшиться, поскольку вращения двух черных дыр могут быть противоположными. Похоже, именно это и произошло с черной дырой, вызвавшей TDE AT2020ocn, учитывая ее относительно низкую скорость по сравнению с другими черными дырами.
Результаты этой работы были недавно опубликованы в статье в журнале Nature. Они также потенциально закладывают основу для расчета вращения других сверхмассивных черных дыр в галактике. Доктор Пашам считает, что астрономы могли бы рассчитать вращение сотен черных дыр, открыв понимание их формирования и жизненного цикла.
Но для этого им все равно понадобится немало удачи. TDE — относительно редкие события, и даже когда они случаются, существуют очевидные ограничения по ресурсам телескопа. Обсерватория Веры Рубин могла бы помочь, поскольку она будет следить за большими участками неба, но ее запуск в эксплуатацию запланирован не раньше середины следующего года. До тех пор тем, кто заинтересован в отслеживании вращения черной дыры, возможно, придется полагаться на счастливую случайность, чтобы найти редкое событие и иметь время для наблюдения за ним с помощью телескопа.
Узнать больше:
Массачусетский технологический институт – Используя колеблющийся звездный материал, астрономы впервые измерили вращение сверхмассивной черной дыры
Пашам и др. – Прецессия Линзы–Тирринга после того, как сверхмассивная черная дыра разрушила звезду
UT – Черные дыры испускают пучки частиц, меняя цели со временем
UT – Черная дыра Млечного Пути вращается так быстро, как только может
Ведущее изображение:
Художественное изображение того, как аккреционный диск вокруг черной дыры может колебаться по частоте в зависимости от ее вращения и как это колебание может быть зафиксировано датчиком, расположенным вблизи Земли.
Кредиты: Михал Заячек и Дирадж Пашам
