Телескопите разкриват бързото въртене на черната дупка на Млечния път, което изкривява пространство-времето

Илюстрацията на този художник показва напречно сечение на свръхмасивна черна дупка и околния материал в центъра на нашата галактика. Черната сфера в центъра представлява хоризонта на събитията на черната дупка, точката без връщане, от която нищо, дори светлината, не може да избяга. Когато гледате въртяща се черна дупка отстрани, както е показано на тази илюстрация, пространство-времето около нея е оформено като американска футболна топка. Жълто-оранжевият материал от двете страни представлява газ, който се върти около черната дупка. Тази материя неизбежно се втурва в черната дупка и пресича хоризонта на събитията, след като попадне в сферичната форма. По този начин регионът вътре във футболната форма, но извън хоризонта на събитията, е изобразен като кухина. Сините точки показват струи, изстрелващи се от полюсите на въртящата се черна дупка. Кредит на изображението: NASA/CXC/M.Weiss

• Ново проучване може да помогне за разрешаването на въпроса колко бързо млечен пътогромен Черна дупка Завъртания.
• Черната дупка, известна като Стрелец A* (Sgr A*), има маса около 4 милиона пъти по-голяма от тази на Слънцето.
• Използвайте НАСАРентгеновата обсерватория Chandra на NSF и Very Large Array на NSF, това проучване установи, че Sgr A* се върти много бързо.
• Тази висока ротация изкривява пространство-времето около Стрелец A*, така че изглежда, че има формата на американска футболна топка.

Илюстрацията на този художник изобразява резултатите от ново изследване на свръхмасивната черна дупка в центъра на нашата галактика, наречена Стрелец A* (съкратено Sgr A*). Това откритие установи, че Стрелец A* се върти толкова бързо, че изкривява пространство-времето – тоест времето и трите измерения на пространството – така че може да изглежда повече като футболна топка.

Тези резултати са получени с помощта на рентгеновата обсерватория Чандра на НАСА и много големия масив (VLA) на Карл Дж. Янски на NSF. Екип от изследователи е приложил нов използван метод Рентгенов И радио данни, за да се определи колко бързо се върти Sgr A* въз основа на това как материалът тече към и далеч от черната дупка. Те откриха, че Стрелец A* се върти с ъглова скорост от около 60% от максималната възможна стойност и с ъглов импулс от около 90% от максималната възможна стойност.

Черните дупки имат две основни свойства: тяхната маса (колко тежат) и тяхното въртене (колко бързо се въртят). Определянето на някоя от тези стойности казва на учените много за всяка черна дупка и как се държи. В миналото астрономите са направили няколко други оценки на скоростта на въртене на Стрелец A*, използвайки различни техники, като резултатите варират от Стрелец A*, който изобщо не се върти, до въртене с почти максимална скорост.

Новото изследване предполага, че Стрелец A* всъщност се върти много бързо, смачквайки пространство-времето около него. Илюстрацията показва напречно сечение на дъга A* и материала, обикалящ около нея в диска. Черната сфера в центъра представлява така наречения хоризонт на събитията на черната дупка, точката без връщане, от която нищо, дори светлината, не може да избяга.

Когато гледате въртяща се черна дупка отстрани, както е показано на тази илюстрация, пространство-времето около нея е оформено като футболна топка. Колкото по-висока е скоростта на въртене, толкова по-плоска става футболната топка.

Жълто-оранжевият материал от двете страни представлява газ, който се върти около Стрелец A*. Тази материя неизбежно се втурва в черната дупка и пресича хоризонта на събитията, след като попадне в сферичната форма. По този начин регионът вътре във футболната форма, но извън хоризонта на събитията, е изобразен като кухина. Сините точки показват струи, изстрелващи се от полюсите на въртящата се черна дупка. Ако погледнем черната дупка отгоре, по протежение на струйната дюза, ще открием, че пространство-времето е кръгло.

Рентгеново изображение на Chandra на Стрелец A* и околността. Кредит: НАСА/CXC/Университет. От Уисконсин / Y.Bai, et al.

Въртенето на черна дупка може да служи като важен източник на енергия. Свръхмасивните черни дупки произвеждат паралелни струйни изтичания, когато се извлича енергията им от въртене, което изисква поне малко материя в близост до черната дупка. Поради ограниченото гориво около Стрелец A*, тази черна дупка е била сравнително тиха през последните няколко хиляди години със сравнително слаби струи. Тази работа обаче показва, че това може да се промени, ако количеството материал близо до Sgr A* се увеличи.

За да определят въртенето на черната дупка*, авторите са използвали базирана на експерименти техника, наричана „метод на изтичане“, която описва връзката между въртенето и масата на черната дупка, свойствата на материята в близост до черната дупка и свойствата на изтичане. Паралелният поток навън произвежда радиовълни, докато дискът от газ, заобикалящ черната дупка, е отговорен за излъчването на рентгенови лъчи. Използвайки този метод, изследователите комбинираха данни от Chandra и VLA с независими оценки на масата на черната дупка от други телескопи, за да ограничат въртенето на черната дупка.

Статията, описваща тези констатации, ръководена от Рут Дейли (Пенсилвански държавен университет), беше публикувана в изданието от януари 2024 г. на списанието Месечни известия на Кралското астрономическо дружество.

Справка: „Нови стойности на въртене на черна дупка за Стрелец A*, получени чрез метода на изтичане“ от Рут А Дейли, Меган Донахю, Кристофър П О'Деа, Бини Себастиан, Дарил Хагард и Анан Лу, 21 октомври 2023 г. Месечни известия на Кралското астрономическо дружество.
doi: 10.1093/manras/stad3228

Други автори са Пени Себастиан (Университет на Манитоба, Канада), Меган Донахю (Мичигански държавен университет), Кристофър О'Ди (Университет на Манитоба), Даръл Хагард (Университет Макгил) и Анан Лу (Университет Макгил).

Центърът за космически полети Маршал на НАСА управлява програмата Чандра. Рентгеновият център Чандра на Смитсонианската астрофизична обсерватория контролира научните операции от Кеймбридж, Масачузетс, и полетите от Бърлингтън, Масачузетс.