Гравитационная линза позволила космическому рентгеновскому телескопа «Чандра» очень точно измерить скорость вращения черной дыры в одной из галактик, расположенной в направлении созвездия Пегас.
Оказалось, что она вращается вокруг своей оси почти так же быстро, как и свет.
«Измерения скоростей вращения черных дыр очень важны для нас, поскольку они отражают то, как росли эти гиганты, как они взаимодействовали с другими 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», - пишут ученые.
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 увидеть астрономам сверхдальние 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 объектов расположены почти ровно друг за другом для наблюдателей на Земле, возникает интересный феномен. Свет более дальнего объекта расщепится при прохождении через гравитационное линзу первого. Из за этого мы увидим не две, а пять ярких точек, четыре из которых будут световыми «копиями» более дальнего объекта.
Подобная структура часто называется «Эйнштейновским крестом» или же "Крестом Эйнштейна" из-за того, что ее существование предполагается Общей теорией относительности.
Что самое важное, эта теория гласит, что каждая копия объекта будет представлять собой «фотографию» квазара, галактики или сверхновой в разные периоды их жизни из-за того, что их свет тратит разное количество времени на выход из гравитационной линзы.
Синьюй Дай (Xinyu Dai) из университета Оклахомы (США) и его коллеги воспользовались "Крестами Эйнштейна" для того, чтобы решить задачу, которую многие из астрономов раньше считали невозможной - им удалось непосредственно измерить скорость вращения сразу нескольких сверхмассивных черных дыр.
В прошлом, подобные измерения проводились только косвенными путями, потому, что саму 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 обладает размерами и 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, «Крест Эйнштейна» позволяет это сделать, если они накладываются друг на друга или на другие типы гравитационных линз.
Руководствуясь этой идеей, астрофизики изучили фотографии ночного неба, полученные «Чандра», и нашли сразу пять квазаров, чей мир 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 8 миллиардов световых лет от Земли, движется вокруг своей оси очень быстро, со скоростью, которая составляет примерно 70% от скорости света. Новые оценки оказались заметно выше прогнозов, 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 удалены от горизонта событий всего в 2-3 раза больше расстояния между центром Q2237 + 0305 и этой воображаемой линией.
Что интересно, остальные четыре объекта владели «нормальной» скоростью вращения, которая была примерно в два раза меньше, чем в Q2237 + 0305.
Почему это так, ученые пока не могут сказать, однако они предполагают, что эти различия показывают то, что происходило с их галактиками в далеком прошлом.