Группа астрономов впервые зафиксировала, как сверхмассивная черная дыра, поглощая звезду, буквально закручивает окружающее пространство и время. Это явление, известное как прецессия Лензе-Тирринга, долгое время оставалось лишь теоретическим предсказанием, вытекающим из общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Теперь же ученым удалось не только наблюдать этот эффект, но и подробно изучить его на примере звезды, оказавшейся слишком близко к космическому гиганту.
В центре внимания оказалась черная дыра, разрывающая звезду на части и поглощающая ее вещество. В процессе наблюдений специалисты заметили, что орбита звезды ведет себя необычно — она словно «покачивается», что и стало первым прямым свидетельством того, как вращающаяся черная дыра искажает само пространство вокруг себя. Это открытие не только подтверждает столетние теории, но и дает возможность по-новому взглянуть на процессы, происходящие вблизи подобных объектов.
Исследование проводилось с помощью данных, полученных от космического телескопа Swift и радиотелескопа Very Large Array (VLA). Ученые анализировали так называемое событие приливного разрушения звезды (TDE), обозначенное как AT2020afhd. В ходе этого процесса звезда, попавшая в гравитационное поле черной дыры, вытягивается в длинную нить, образуя аккреционный диск, из которого часть вещества уходит в черную дыру, а часть выбрасывается в виде мощных струй — джетов.
Прецессия Лензе-Тирринга
Теория, объясняющая подобные явления, была предложена еще в начале XX века австрийскими физиками Йозефом Лензе и Хансом Тиррингом. Согласно их расчетам, массивные вращающиеся объекты способны «таскать» за собой пространство и время, создавая эффект, который можно сравнить с водоворотом вокруг быстро вращающегося предмета в воде. До сих пор этот эффект удавалось наблюдать лишь косвенно, и только на объектах гораздо меньших масштабов.
В новом исследовании ученые впервые увидели, как аккреционный диск и джеты черной дыры начинают синхронно «покачиваться» с периодичностью примерно в 20 земных суток. Эти ритмичные изменения в рентгеновском и радиодиапазоне не могли быть объяснены обычными процессами, происходящими при поглощении вещества черной дырой. Моделирование показало, что именно прецессия Лензе-Тирринга вызывает такие колебания.
По словам одного из участников проекта, Косимо Инсерра из Кардиффского университета, это открытие стало настоящим подарком для физиков. Оно не только подтверждает предсказания Эйнштейна, но и позволяет глубже понять природу событий приливного разрушения звезд и механизмов образования джетов.
Новые горизонты исследований
Наблюдение AT2020afhd дало ученым уникальную возможность изучить, как черные дыры «едят» звезды и как при этом формируются мощные выбросы вещества. Оказалось, что не только аккреционный диск, но и сами джеты подвержены влиянию прецессии, что отражается на их излучении во всех диапазонах электромагнитного спектра.
Ранее подобные события фиксировались лишь по устойчивым радиосигналам, однако в этот раз исследователи заметили кратковременные изменения, которые не укладывались в привычные схемы. Это позволило с высокой точностью связать наблюдаемые эффекты с теорией Лензе-Тирринга и предложить новый способ изучения вращения черных дыр.
Дальнейший анализ полученных данных поможет ученым лучше понять физику процессов, происходящих вблизи сверхмассивных черных дыр, а также уточнить параметры их вращения и взаимодействия с окружающим веществом. Это, в свою очередь, может привести к новым открытиям в области астрофизики и космологии.
Гравитомагнитные поля
Исследование также показало, что вращающаяся черная дыра создает так называемое гравитомагнитное поле, аналогичное магнитному полю, возникающему при вращении заряженного объекта. Это поле влияет на движение не только звезд, но и других объектов, находящихся поблизости, что открывает новые перспективы для изучения динамики галактических ядер.
Ученые отмечают, что подобные открытия напоминают нам о том, насколько разнообразна и удивительна Вселенная. Даже спустя более ста лет после появления общей теории относительности, она продолжает находить подтверждение в самых неожиданных уголках космоса.
Если Вы не знали, Кардиффский университет (Cardiff University) — один из ведущих исследовательских центров Великобритании, активно участвующий в международных астрономических проектах. Космический телескоп Swift и радиотелескоп VLA считаются одними из самых передовых инструментов для наблюдения за экстремальными космическими явлениями. Открытие, сделанное международной командой ученых, опубликовано в одном из ведущих научных журналов и уже вызвало широкий резонанс в научном сообществе.