Телескоп НАСА открыл черную дыру, вращающуюся почти со скоростью света

Гравитационная линза позволила рентгеновскому телескопу «Чандра» очень точно измерить скорость вращения черной дыры в одной из галактик в созвездии Пегаса. Оказалось, что она движется вокруг оси почти так же быстро, как и свет, пишут ученые в Astrophysical Journal.

Учёные пишут: «Замеры скоростей вращения черных дыр очень важны для нас, так как они отражают то, как росли эти гиганты, как они взаимодействовали с остальными регионами галактик и как выглядят их ближайшие окрестности. Мы впервые использовали рентгеновское излучение квазаров для того, чтобы точно вычислить этот параметр и понять, насколько близко к нему может подойти любое небесное тело».

Любое скопление материи большой массы взаимодействует со светом и заставляет его лучи искривляться так, как это делают обычные оптические линзы. Такой эффект ученые называют гравитационным линзированием. В некоторых случаях искривление пространства помогает астрономам увидеть сверхдалекие объекты – первые галактики Вселенной и их ядра-квазары — которые были бы недоступны для наблюдения с Земли без гравитационного «увеличения».

Если два квазара, галактики или других объекта расположены почти ровно друг за другом для наблюдателей на Земле, возникает интересный феномен. Свет более далекого объекта расщепится при прохождении через гравитационную линзу первого. Из-за этого мы увидим не два, а пять ярких точек, четыре из которых будут световыми «копиями» более далекого объекта.

Подобная структура часто называется «Эйнштейновским крестом» из-за того, что ее существование предсказывается теорией относительности. Что самое важное, эта же теория говорит, что каждая копия объекта будет представлять собой «фотографию» квазара, галактики или сверхновой в разные периоды их жизни из-за того, что их свет тратил разное количество времени на выход из гравитационной линзы.

Синьюй Дай (Xinyu Dai) из университета Оклахомы в Нормане (США) и его коллеги воспользовались «крестами Эйнштейна» для того, чтобы решить задачу, которую многие другие астрономы раньше считали невозможной – им удалось напрямую измерить скорость вращения сразу нескольких сверхмассивных черных дыр.

В прошлом, подобные замеры проводились лишь косвенными путями, так как самую черную дыру, несмотря на ее огромную массу, невозможно увидеть и измерить. Дай и его коллеги обратили внимание на то, что и масса, и скорость вращения черной дыры отражается на том, как выглядит ее рентгеновское излучение и какими размерами обладает та область, где оно рождается.

Данный регион почти столь же мал, как и сам горизонт событий черной дыры, из-за чего в нормальных условиях ее фактически невозможно увидеть. С другой стороны, «кресты Эйнштейна» позволяют это сделать, если они накладываются друг на друга или на другие типы гравитационных линз.

Руководствуясь этой идеей, астрофизики изучили фотографии ночного неба, полученные «Чандрой», и нашли сразу пять квазаров, чей свет был усилен подобным образом. Один из них, Q2237+0305, был увеличен настолько удачно, что ученым удалось измерить скорость вращения черной дыры с рекордно высокой точностью.

Этот объект, расположенный в созвездии Пегаса на расстоянии в 8 миллиардов световых лет от Земли, движется вокруг своей оси невозможно быстро, примерно 70% от скорости света. Новые оценки оказались заметно выше предсказаний, полученных косвенными путями, и они всего на 8% меньше максимального значения, которое допускает теория.

Благодаря столь быстрому вращению, Земля или любые другие объекты, оказавшиеся в окрестностях этой черной дыры, оставались бы стабильными и не падали на нее даже в том случае, если они были бы удалены от горизонта событий всего в 2-3 раза больше, чем расстояние между центром Q2237+0305 и этой воображаемой линией.

Что интересно, остальные четыре объекта обладали «нормальной» скоростью вращения, которая была примерно в два раза меньше, чем у Q2237+0305. Почему это так, ученые пока не могут сказать, однако они предполагают, что эти различия отражают то, что происходило с их галактиками в далеком прошлом.