Скорость вращения далёких чёрных дыр научились измерять точно

Несколько изображений квазара RX J1131, наложенные друг на друга. Благодаря эффекту гравитационной линзы на снимке виден не один, а четыре центра свечения

(фото NASA/CXC/Univ of Michigan/R.C. Reisetal; NASA/STSc).

С точки зрения астрофизиков чёрные дыры обладают только двумя простыми характеристиками: массой и скоростью вращения. И если первый показатель учёные научились измерять довольно давно, с оценкой скорости вращения всё было гораздо сложнее.

Лишь в последнее десятилетие появилась возможность расчёта угловой скорости движения газов вблизи чёрных дыр, расположенных на расстоянии более миллиарда световых лет от Земли. Но метод не отличался простотой и точностью.

Рубенс Райс (Rubens Reis) из Мичиганского университета и его коллеги задались целью найти более простой способ, с помощью которого широкий круг исследователей космоса мог бы определять скорость вращения чёрных дыр в любом месте Вселенной.

Как это часто бывает, астрономы воспользовались инструментами орбитальной рентгеновской обсерватории "Чандра" (Chandra X-ray Observatory) и рентгеновского телескопа XMM-Newton, чтобы поближе познакомиться со сверхмассивной чёрной дырой, расположенной на расстоянии в шесть миллиардов световых лет от нашей планеты. Газ, который вращается вокруг объекта и падает за горизонт событий, формирует чрезвычайно яркий квазар, известный как RX J1131.

На своём пути к Земле его свет попадает в поле действия гравитационных сил массивной спиральной галактики, которые действуют на него по принципу гравитационной линзы. Благодаря своеобразному природному телескопу, который значительно усилил свет объекта, учёные получили возможность получить детальную информацию о рентгеновском излучении, генерируемом чёрной дырой.

Несколько изображений квазара RX J1131, наложенные друг на друга. Благодаря эффекту гравитационной линзы на снимке виден не один, а четыре центра свечения (фото NASA/CXC/Univ of Michigan/R.C. Reisetal; NASA/STSc).

Лучи рентгеновского спектра возникают при вращении аккреционного диска из газа и пыли, который окружает чёрную дыру. Вблизи горизонта событий создаётся разряженная область под названием корона, которая разогревается до десяти миллионов градусов. Излучение короны отражается от внутреннего края диска, а мощные гравитационные силы меняют его спектр. Измеряя это смещение длин волн, астрономы определили, как близко к чёрной дыре расположен край аккреционного диска, а также скорость его вращения.

Оказалось, что газ обращается вокруг RX J1131 со скоростью, равной половине скорости света. На основании этих данных исследователи смогут узнать многое о том, как происходит развитие подобных объектов. Если чёрные дыры растут за счёт столкновений и слияний галактик, они должны накапливать достаточно материи в аккреционном диске, который будет стабильно поставлять дыре новую "пищу" и увеличивать скорость её вращения. В противном случае, если прирост осуществляется путём периодического поглощения отдельных крупных объектов, то её скорость должна со временем снижаться.

Специалисты говорят, что с помощью этого метода можно измерить скорость вращения и других отдалённых чёрных дыр. Важно только вовремя подгадать момент для наблюдения, чтобы воспользоваться эффектом гравитационной линзы.

Также по теме:
Чёрная дыра в соседней галактике нарушает энергетический предел
Крошечная чёрная дыра испускает нехарактерный для себя свет
Астрофизики впервые определили содержание струй чёрной дыры
Стивен Хокинг поставил под сомнение существование горизонта событий у чёрных дыр
Физик-теоретик утверждает, что человечество живёт в черной дыре
Ультрамассивная чёрная дыра оказалась источником пустот размером с Галактику