Подобно водоворотам в океане, вращающиеся черные дыры в космосе создают вихревые потоки вокруг себя. Тем не менее, они не создают водовороты воды или ветряные ураганы. Скорее, они создают газопылевые диски, нагретые до температуры сотен миллионов градусов, которые светятся в рентгеновских лучах.
Используя данные рентгеновской обсерватории Чандра, астрономы применили новую технику для измерения вращения пяти сверхмассивных черных дыр. Материя в одном из этих космических вихрей вращается вокруг своей черной дыры со скоростью, превышающей 70% от скорости света.
Астрономы использовали естественное явление, называемое гравитационной линзой. Согласно предсказаниям Эйнштейна, при правильном расположении искривление пространства-времени массивного объекта, такого как большая галактика, может увеличивать и создавать множество изображений удаленного объекта.
В последнем исследовании астрономы использовали Чандру и гравитационное линзирование для изучения пяти квазаров, каждый из которых содержал сверхмассивную черную дыру, которая быстро поглощала вещество из окружающего аккреционного диска. Гравитационное линзирование сквозь одну из галактик создало множество изображений каждого квазара. Острая способность Чандры к визуализации необходима для разделения умноженных линзовидных изображений каждого квазара.
Ключевой прогресс, достигнутый учеными в этом исследовании, заключался в том, что они использовали микролинзирование, при котором отдельные звезды в линзовидной галактике обеспечивали дополнительное усиление света от квазара. Более высокое увеличение означает, что меньшая область производит рентгеновское излучение.
Позже ученые использовали эту особенность, заключающуюся в том, что вихревая черная дыра вытягивает пространство вокруг себя и позволяет материи вращаться вокруг нее ближе, чем это возможно с не вихревой черной дырой. Следовательно, меньшая излучающая площадь, соответствующая узкой орбите, обычно подразумевает быстро вращающуюся черную дыру. Из анализа микролинзирования авторы сделали вывод, что рентгеновское излучение исходит из такой маленькой области, что означает, что черные дыры должны быстро вращаться.
Результаты показали, что одна из черных дыр попавшая в объектив, называемая «крестом Эйнштейна» (на снимке обозначена Q2237), вращается с максимальной или почти максимально возможной скоростью. Это соответствует горизонту событий, вращающемуся со скоростью света. Четыре других наблюдаемых черных дыры вращались со скоростью около половины максимальной скорости.
У "креста Эйнштейна" рентгеновское излучение исходит от части диска, которая менее чем в 2,5 раза больше горизонта событий, а у оставшихся четырех квазаров рентгеновское излучение исходит из области, в четыре-пять раз превышающей горизонт событий.
Как эти черные дыры могут вращаться так быстро? Ученые полагают, что эти сверхмассивные черные дыры, вероятно, выросли, накапливая большую часть своего вещества за миллиарды лет из вращающегося аккреционного диска с аналогичной ориентацией и направлением вращения.
Рентгеновские лучи, обнаруженные Чандрой, образуются, когда аккреционный диск, окружающий черную дыру, образует облако с температурой в несколько миллионов градусов или корону над диском около черной дыры. Рентгеновские лучи от этой короны отражаются от внутреннего края аккреционного диска, а сильные гравитационные силы вблизи черной дыры искажают спектр отраженного рентгеновского излучения. Большие искажения, наблюдаемые в рентгеновских спектрах исследованных квазаров, позволяют предположить, что внутренний край диска должен быть близок к черным дырам, что еще раз свидетельствует о том, что они должны быстро вращаться.
Упомянутые квазары находятся на расстоянии от 9,8 до 10,9 миллиардов световых лет, а черные дыры имеют массы в 160-500 миллионов раз больше Солнца. Эти наблюдения были самыми длинными из когда-либо проводимых космической рентгеновской обсерваторией Чандра.
Больше:
http://chandra.harvard.edu/photo/2019/quasars/
https://arxiv.org/abs/1901.06007
Источник: chandra.harvard.edu
