Ученые нашли способ измерить скорость вращения черной дыры
Мы привыкли считать черные дыры безликими «пожирателями всего», но на самом деле они вращаются, причем невероятно быстро, почти со скоростью света. От точной оценки этой скорости зависит наше понимание того, как черные дыры влияют на окрестный газ, формирование джетов и эволюцию целых галактик.
Светлана ЛевченкоАвтор новостей
Существуют две ведущие теории о предельной скорости черной дыры. Кип Торн еще в 1970‑х рассчитал, что черная дыра может раскручиваться до 99,8% скорости света; дальше ее тормозят фотоны, которые излучает горячий аккреционный диск — они создают своеобразное световое сопротивление. В 2004 году Чарльз Гэмми и соавторы предложили иную гипотезу: мощные магнитные джеты, которые выбрасывает быстро вращающаяся дыра, действуют как «тормоза» и не дают ей разогнаться быстрее примерно 93,75% скорости света.
Казалось бы, с появлением новых наблюдений, сделанных самой современной техникой — прежде всего Телескопом горизонта событий (Event Horizon Telescope, EHT), который дал первые прямые изображения черных дыр, — этот спор можно было бы решить. Но расчеты астрономов из Университета Вирджинии под руководством Тиган Томас показывают, что сделать это пока невозможно.
EHT объединяет радиотелескопы по всему миру в один виртуальный прибор с разрешением около 20 микросекунд дуги. Ученые провели сложные трехмерные GRMHD‑симуляции окрестностей Стрельца A* — сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути — при двух предельных вариантах скорости вращения. Они моделировали поведение плазмы в диске и джетах, а затем с помощью трассировки лучей сгенерировали синтетические радиоснимки, которые мог бы увидеть EHT.
Выяснилось, что для нынешнего разрешения EHT черная дыра, которая вращается на 93,75% и на 99,8% скорости света, выглядит практически одинаково. Скорость аккреции плазмы и структура джетов почти не различимы, а ключевые наблюдаемые параметры — световые кривые, линейная и круговая поляризация излучения — фактически перекрываются. Проще говоря, самые передовые на сегодняшний день инструменты, имеющиеся в распоряжении человечества, не способны различить две вероятные скорости вращения черной дыры.
Однако астрономы возлагают надежды на фотонное кольцо — почти бесконечно узкое кольцо света внутри размытого «пончика» аккреционного диска, которое можно видеть на изображениях EHT. Его образуют лучи, которые один или несколько раз облетели черную дыру по почти замкнутым орбитам, прежде чем вырваться наружу. Видимая форма и размер этого кольца крайне чувствительны к массе и скорости вращения черной дыры. Но чтобы его четко различить, нужно разрешение порядка 5 микросекунд дуги — в несколько раз выше нынешнего.
Такое разрешение может обеспечить проект Black Hole Explorer (BHEX) — космическая миссия NASA малого класса, запланированная на ближайшее десятилетие. Замысел состоит в том, чтобы вывести радиотелескоп на орбиту Земли и объединить его в единую интерферометрическую сеть с гигантскими наземными телескопами. Такая «расширенная» версия EHT, работающая уже не только по всей планете, но и с участием космического звена, будет иметь достаточно высокое разрешение, чтобы напрямую увидеть фотонное кольцо Стрельца A*. Если BHEX начнет работать, он позволит измерить форму фотонного кольца с точностью, достаточной для жесткой проверки теоретических моделей Торна и Гэмми.
Ранее черная дыра рядом с нами открыла ученым окно в раннюю Вселенную.
космосАстрофизикаПоделиться
