Черная дыра в центре Млечного Пути «скрутила» пространство-время в мяч для регби

Согласно общей теории относительности Альберта Эйнштейна, масса искривляет пространство-время — гибкую четырехмерную «ткань», на которой происходят все события Вселенной. Ученый утверждал, что чем массивнее объект, тем больше он «прогибает» пространство и, соответственно, тем сильнее будет искажение ткани, которое «ощущается» как гравитация.

Искривляют ткань пространства-времени очень массивные объекты, например галактики или черные дыры. Когда это происходит, астрофизики наблюдают необычные свойства.

В таком случае галактики могут действовать как гравитационные линзы, которые своим гравитационным полем изменяют свет объекта, находящегося позади них. То есть луч света, проходя по этой искривленной части пространства, начнет изгибаться. Это помогает ученым «видеть» в космосе дальше, чем они могли бы.

Столкновения черных дыр и нейтронных звезд порождают сильные гравитационные волны — «пульсации» в ткани пространства-времени. Эта рябь достигает Земли, ее можно обнаружить с помощью специальных установок — лазерного интерферометра LIGO — и таким образом узнать больше о катастрофических событиях, которые произошли в триллионах и даже квадриллионах километров от нашей планеты.

В 2020 году ученые обнаружили, что плотные звездные системы могут «тянуть» и «закручивать» ткань пространства-времени. Теперь астрофизики выяснили, что сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути тоже творит странные вещи с пространством-временем.

Астрономы называют эту гигантскую черную дыру Стрелец А* (сокращенно Sgr A*), она находится примерно в 26 тысячах световых лет от Земли, а ее масса составляет от двух до пяти миллионов солнечных масс.

Черные дыры обладают двумя фундаментальными свойствами: массой и вращением (впрочем, последнее иногда теоретически может быть и нулевым). Определение любого из этих двух свойств может многое рассказать исследователям о поведении такого объекта.

Если о массе Стрелец А* более-менее известно, то о ее вращении данных мало. Астрофизики давно пытаются вычислить скорость вращения этой черной дыры. В предыдущих работах ученые утверждали, что Стрелец А* либо вообще не вращается, либо вращается с максимально возможной скоростью.

Группа американских ученых из Университета штата Пенсильвания и Университета штата Мичиган применила новый метод, позволяющий более точно определить, насколько быстро вращается Стрелец А*. Этот метод основан на исследовании того, как материя течет к черной дыре и от нее. Он включает в себя комбинацию данных, полученных от космической рентгеновской обсерватории «Чандра» и группы наземных радиотелескопов «Очень большая антенная решетка», расположенных в штате Нью-Мексико (США).

Выяснилось, что черная дыра в центре Галактики имеет угловую скорость примерно 60 процентов от скорости света. Иными словами, внешние области этой черной дыры движутся относительно ее центра со скоростями, равными 60 процентов от световой.

По мере своего вращения черная дыра притягивает материю и изгибает ткань пространства-времени. Если смотреть на нее сверху вниз, вдоль струй (джетов), которые она выбрасывает, искажение ею пространства-времени выглядит округлым по форме. Однако американские астрофизики узнали, что если посмотреть на вращающуюся черную дыру сбоку, пространство-время, окружающее эту черную дыру, принимает форму, напоминающую мяч для регби. Чем быстрее вращение, тем более плоским будет становиться этот «мяч».

Сверхмассивные черные дыры могут выбрасывать струи вещества. Чтобы они появились, нужно много материи поблизости. Из-за небольшого количества «топлива» вокруг Стрельца А* в последние тысячелетия эта черная дыра была относительно спокойной, а ее джеты — слабыми. Но авторы исследования предупредили, что ситуация может измениться, если количество материала в окрестностях черной дыры увеличится.

«Что тогда произойдет? Мощные джеты способны повлиять на снабжение газом всей галактики и на то, насколько быстро смогут образовываться звезды», — объяснил Меган Донахью (Megan Donahue), один из авторов исследования.

Работа американских ученых опубликована в журнале Monthly Notifications of the Royal Astronomical Society.