Спустя 100 лет теория относительности Эйнштейна не теряет своей актуальности. Великий ученый точно предсказал внешний вид сверхмассивной черной дыры в галактике M87, которую астрономы из проекта "Event Horizon Telescope" впервые сфотографировали всего несколько лет назад. Теперь дальнейший анализ M87 показал, что таинственный монстр вращается, что опять-таки соответствует предсказаниям теории относительности.
Черная дыра в центре M87 огромна, она удерживает всю галактику, масса которой в 6,5 миллионов раз превышает массу Солнца. Когда черные дыры, такие как M87, поглощают другие небесные объекты, они часто производят струи заряженной плазмы, которые способны преодолевать расстояния в тысячи световых лет со скоростью, близкой к скорости света. Исследовательская группа, возглавляемая постдокторантом Цуй Ючжу из Китайской академии наук, сосредоточилась на именно на этих релятивистских струях исходящих из M87, чтобы проверить одно из предсказаний Эйнштейна.
Ученые полагают, что черные дыры начинают вращаться быстрее, когда звезда-прародитель сильно сжимается, подобно тому, как фигурист вращается быстрее, когда втягивает руки. Со временем материя, попадающая в аккреционный диск, может ещё сильнее ускорить вращение. Согласно общей теории относительности, вращающаяся черная дыра должна оказывать сильное гравитационное давление на близлежащее пространство, вызывая явление, называемое эффектом закручивания пространства-времени. Астрономы предположили, что этот эффект может быть движущей силой релятивистских струй, но никому так и не удалось подтвердить путем наблюдений, что черные дыры вращаются.
M87 находится на расстоянии около 55 миллионов световых лет, что достаточно близко по межгалактическим меркам. В период с 2020 по 2022 год потребовалось 170 наблюдательных миссий, чтобы получить достаточно данных для подтверждения этой гипотезы. Для наблюдения за M87 команда использовала радиотелескопы по всему миру, в том числе Very Long Baseline Array (VLBA), East Asian VLBI Network (EAVN) и китайский 65-метровый радиотелескоп Tianma.
Анализ радиоданных показал, что струя, идущая от черной дыры М87, смещена относительно оси вращения. Более того, она изменяется со временем, обладая свойством, называемым прецессией. Это колебание, которое, по расчетам ученых, имеет 11-летний цикл, доказывает, что черная дыра вращается. Это еще раз подтверждает правоту общей теории относительности.
Изменение структуры струи M87. Автор: Цуй Ючжу.
«Мы в восторге от этого важного открытия», — говорит Цуй Ючжу. «Поскольку смещение между черной дырой и диском относительно невелико, а период прецессии составляет около 11 лет, для подтверждения прогноза Эйнштейна необходимо было накопить данных высокого разрешения, отслеживающие структуру M87 за два десятилетия, и провести тщательный анализ».
Имеющиеся на данный момент данные доказывают, что M87 вращается, но скорость вращения и точные эффекты закручивания пространства-времени на аккреционный диск пока неясны. Чтобы сделать такие выводы, потребуется намного больше работы, и ученые, несомненно, займутся поиском похожего явления в других галактиках.