Впервые удалось точно измерить скорость вращения чёрной дыры.
Представьте себе сферу диаметром более трёх миллионов километров (в восемь раз больше расстояния от Земли до Луны), вращающуюся со скоростью, близкой к световой. Между тем такой объект существует: это сверхмассивная чёрная дыра (СМЧД) в центре спиральной галактики NGC 1365, что в 56 млн световых лет от Земли. Её родина - созвездие Печь.
Группе астрономов под руководством Гвидо Ризалити (Guido Risaliti) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США) впервые в истории удалось измерить скорость вращения чёрной дыры - и, как полагают учёные, очень точно. Значение составило 84% от максимума, разрешённого теорией Эйнштейна. То есть оказалось непредставимо больше скорости вращения любой известной нам планеты или звезды главной последовательности.
Чтобы выяснить скорость вращения, пришлось научиться отделять искажения спектра рентгеновского излучения аккреционного диска ЧД от искажений, вызываемых окружающим ЧД газом. (Здесь и ниже иллюстрации JPL.)
Прежде всего астрономы задались вопросом о границе аккреционного диска СМЧД, зависящей от скорости вращения дыры. Поскольку быстрая ЧД искажает пространство-время вокруг себя иначе, чем медленная, постольку рентгеновское излучение от такой границы, возникающее из-за разогрева материи в диске, может указать на собственно скорость её вращения. Горячие атомы железа в веществе, падающем на ЧД, излучают в определённом рентгеновском диапазоне, однако вращение ЧД несколько «смазывает» исходный спектр излучения, и как раз по степени этого «смазывания» учёные и определяли скорость.
Почему измерение скорости вращения центральной СМЧД галактики NGC 1365 действительно важно? Долгое время считалось, что если чёрная дыра вращается медленно, то по мере своего роста она подпитывается веществом, приходящим небольшими порциями и с разных направлений. При этом «поставки» падающей материи не были бесперебойными. Те же ЧД, что движутся быстро, по всем теоретическим моделям и расти должны чрезвычайно агрессивно, постоянно получая крупные «куски». Не исключён и сценарий слияния с другими ЧД, даже со сверхмассивными: при столкновении двух галактик это частый случай.
Провести столь точные наблюдения позволило совместное использование сразу двух рентгеновских телескопов, отвечающих за слегка разные диапазоны.
Теперь учёные, воспользовавшись рентгеновскими телескопами космического базирования NuSTAR и XMM-Newton, выяснили, что наблюдательные данные пока подтверждают существование лишь быстро вращающихся ЧД. Иными словами, СМЧД в галактике NGC 1365 набрала свою массу (примерно два миллиона Солнц) относительно быстро, и значительную роль в этом могло сыграть слияние с другой ЧД.
По мнению авторов работы, вращение ЧД с околосветовыми скоростями исключает сценарий её абсорбционного роста внутри огромных газопылевых облаков. Ведь чтобы добиться таких скоростей за счёт поглощения газа, плотность последнего должна быть невообразимо большой, да и релятивистские струи от ЧД быстро рассеяли бы такое облако.
Сейчас другие исследователи при помощи той же методики отслеживают скорость вращения иных крупных чёрных дыр Вселенной. Если этот параметр удастся определить для большинства из них, такая информация внесёт огромный вклад в понимание эволюции сверхмассивных чёрных дыр и галактик, которые они населяют.
Подготовлено по материалам Лаборатории реактивного движения НАСА.
Группе астрономов под руководством Гвидо Ризалити (Guido Risaliti) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США) впервые в истории удалось измерить скорость вращения чёрной дыры - и, как полагают учёные, очень точно. Значение составило 84% от максимума, разрешённого теорией Эйнштейна. То есть оказалось непредставимо больше скорости вращения любой известной нам планеты или звезды главной последовательности.
Чтобы выяснить скорость вращения, пришлось научиться отделять искажения спектра рентгеновского излучения аккреционного диска ЧД от искажений, вызываемых окружающим ЧД газом. (Здесь и ниже иллюстрации JPL.)
Прежде всего астрономы задались вопросом о границе аккреционного диска СМЧД, зависящей от скорости вращения дыры. Поскольку быстрая ЧД искажает пространство-время вокруг себя иначе, чем медленная, постольку рентгеновское излучение от такой границы, возникающее из-за разогрева материи в диске, может указать на собственно скорость её вращения. Горячие атомы железа в веществе, падающем на ЧД, излучают в определённом рентгеновском диапазоне, однако вращение ЧД несколько «смазывает» исходный спектр излучения, и как раз по степени этого «смазывания» учёные и определяли скорость.
Почему измерение скорости вращения центральной СМЧД галактики NGC 1365 действительно важно? Долгое время считалось, что если чёрная дыра вращается медленно, то по мере своего роста она подпитывается веществом, приходящим небольшими порциями и с разных направлений. При этом «поставки» падающей материи не были бесперебойными. Те же ЧД, что движутся быстро, по всем теоретическим моделям и расти должны чрезвычайно агрессивно, постоянно получая крупные «куски». Не исключён и сценарий слияния с другими ЧД, даже со сверхмассивными: при столкновении двух галактик это частый случай.
Провести столь точные наблюдения позволило совместное использование сразу двух рентгеновских телескопов, отвечающих за слегка разные диапазоны.
Теперь учёные, воспользовавшись рентгеновскими телескопами космического базирования NuSTAR и XMM-Newton, выяснили, что наблюдательные данные пока подтверждают существование лишь быстро вращающихся ЧД. Иными словами, СМЧД в галактике NGC 1365 набрала свою массу (примерно два миллиона Солнц) относительно быстро, и значительную роль в этом могло сыграть слияние с другой ЧД.
По мнению авторов работы, вращение ЧД с околосветовыми скоростями исключает сценарий её абсорбционного роста внутри огромных газопылевых облаков. Ведь чтобы добиться таких скоростей за счёт поглощения газа, плотность последнего должна быть невообразимо большой, да и релятивистские струи от ЧД быстро рассеяли бы такое облако.
Сейчас другие исследователи при помощи той же методики отслеживают скорость вращения иных крупных чёрных дыр Вселенной. Если этот параметр удастся определить для большинства из них, такая информация внесёт огромный вклад в понимание эволюции сверхмассивных чёрных дыр и галактик, которые они населяют.
Подготовлено по материалам Лаборатории реактивного движения НАСА.