Астрономы побили рекорд по измерению вращения черной дыры — одного из двух ее основных свойств. Рентгеновская обсерватория "Чандра" показала, что эта черная дыра вращается медленнее, чем большинство ее меньших собратьев.
Это самая массивная черная дыра с точным измерением спина, которая дает представление о том, как растут некоторые из самых больших черных дыр во Вселенной.
Сверхмассивные черные дыры в миллионы и даже миллиарды раз массивнее Солнца. Астрономы считают, что почти каждая крупная галактика имеет центральную сверхмассивную черную дыру в своем сердце. Хотя существование сверхмассивных черных дыр не оспаривается, ученые все еще работают над тем, чтобы понять их развитие и эволюцию. Одна из важнейших частей информации о этих объектах — скорость вращения черных дыр.
Любую черную дыру можно определить всего двумя числами: ее вращением и ее массой, сказала Джулия Сиск-Рейнс из Института астрономии (IoA) Кембриджского университета в Великобритании, которая руководила новым исследованием. Хотя это звучит достаточно просто, выяснить эти значения для большинства черных дыр оказалось невероятно сложно.
Чтобы получить этот результат, исследователи наблюдали рентгеновское излучение, отраженное от диска вещества, вращающегося вокруг черной дыры в квазаре, известном как H1821 + 643. У квазаров есть быстрорастущие сверхмассивные черные дыры, которые генерируют большое количество излучения в небольшой области вокруг черной дыры. Черная дыра в квазаре H1821 + 643, расположенном в скоплении галактик примерно в 3,4 миллиарда световых лет от Земли, примерно в 30 миллиардов раз массивнее, чем Солнце, что делает ее одной из самых массивных из известных. Для сравнения, сверхмассивная черная дыра в центре нашей галактики имеет массу около четырех миллионов Солнц.
Мощные гравитационные силы вблизи черной дыры изменяют интенсивность рентгеновских лучей при разных энергиях. Чем больше изменение, тем ближе к внутреннему краю диска должна быть точка невозврата черной дыры, известная как горизонт событий. Поскольку вращающаяся черная дыра увлекает за собой пространство и позволяет материи вращаться ближе, чем это возможно для невращающейся дыры, рентгеновские данные могут показать, насколько быстро черная дыра вращается.
Мы обнаружили, что черная дыра в H1821+643 вращается примерно в два раза быстрее, чем большинство черных дыр с массами от одного до десяти миллионов Солнц, — сказал соавтор Кристофер Рейнольдс, также из IoA.
Ответ может заключаться в том, как эти сверхмассивные черные дыры растут и развиваются. Это относительно медленное вращение подтверждает идею о том, что самые массивные черные дыры, такие как H1821+643, в основном растут за счет соединения с другими черными дырами или за счет втягивания газа внутрь в случайных направлениях, когда их большие аккреционные диски взрываются.
Растущие таким образом сверхмассивные черные дыры часто претерпевают серьезные изменения вращения, включая замедление или скручивание в противоположном направлении. Поэтому предсказано, что самые массивные черные дыры должны иметь более широкий диапазон скоростей вращения, чем их менее массивные родственники.
С другой стороны, ученые ожидают, что менее массивные черные дыры собирают большую часть своей массы из вращающегося вокруг них газа. Поскольку ожидается, что такие диски будут стабильными, входящий материал всегда поступает с направления, которое заставит черные дыры вращаться быстрее, пока они не достигнут максимально возможной скорости, скорости света.
Умеренное вращение этого чрезвычайно массивного объекта может свидетельствовать о жестокой, хаотичной истории величайших черных дыр во Вселенной, - сказал соавтор Джеймс Мэтьюз, также из IoA. - Это также может дать представление о том, что произойдет со сверхмассивной черной дырой в нашей галактике через миллиарды лет, когда Млечный Путь столкнется с Андромедой и другими галактиками.
Эта черная дыра предоставляет информацию, дополняющую то, что астрономы узнали о сверхмассивных черных дырах, видимых в нашей Галактике и в M87, изображения которых были получены телескопом Event Horizon (горизонта событий). В этих случаях масса черной дыры хорошо известна, а ее спин — нет.
