Астрономы впервые увидели, как черная дыра «вращает» пространство

Наблюдая за черной дырой, поглощающей звезду, астрономы впервые увидели, как струи выбрасываемого ей вещества многократно изменяли свое направление в течение очень коротких промежутков времени, лучшим объяснением чему является вовлечение во вращение гравитационным монстром окружающего его пространства-времени. Полученные данные и выводы ученых представлены в журнале Nature.

«Мы никогда не видели, чтобы джеты черных дыр меняли свое направление в столь короткие сроки», – рассказывает Джеймс Миллер-Джонс, ведущий автор исследования из Университета Кертина (Австралия).

Целью исследования команды была система V404 Cygni, удаленная от Земли примерно на 8 тысяч световых лет в направлении созвездия Лебедя. Она состоит из черной дыры, которая, будучи в 9 раз «тяжелее» Солнца, постепенно уничтожает звезду с массой 2/3 солнечной.

V404 Cygni привлекла астрономов еще в 1938 году благодаря яркой вспышке, за что была отнесена к переменным звездам. Затем похожие события наблюдались в 1956 и 1989 годах. Широкую известность система получила в 2015 году, когда спутник NASA «Swift» зафиксировал возобновление ее активности. В том же году к наблюдениям присоединился массив из 10 радиотелескопов «Very Long Baseline Array» (VLBA), которые вместе образуют телескоп размером с континент.

«В процессе перетягивания от компаньона материи вокруг черной дыры образуется вращающийся аккреционный диск, который становится плотнее и горячее по мере приближения к горизонту событий. Кроме этого таким системам свойственны джеты, берущие начало либо в самой внутренней части диска, либо в черной дыре. В данном случае материя вырывается в космос на скорости около 60% от скорости света», – рассказывают авторы исследования.

Обычно джеты «стреляют» из полюсов черных дыр, не изменяя свое направление за короткие промежутки времени. Однако к системе V404 Cygni это не относится, и у астрономов есть этому объяснение.

Согласно Общей теории относительности Альберта Эйнштейна, вращающиеся массивные объекты, такие как черные дыры, могут вовлекать во вращение окружающее их пространство-время, эффект, известный как увлечение инерциальных систем отсчета (эффект Лензе — Тирринга). Это именно то, что, по мнению ученых, удалось рассмотреть в V404 Cygni благодаря новой технике, включающей получение снимков объекта с «выдержкой» всего 70 секунд, а не нескольких часов, и удачной архитектуре самой системы.

«В V404 Cygni ось вращения черной дыры смещена относительно плоскости орбиты звезды-компаньона. Это приводит к тому, что эффект увлечения инерциальных систем отсчета деформирует внутреннюю часть диска, а затем тянет ее за собой. Поскольку джеты происходят либо из внутреннего диска, либо из черной дыры, это меняет их ориентацию, вызывая колебания, которые и зафиксировал VLBA. Это единственный механизм, который мы можем предложить, чтобы объяснить быструю прецессию, наблюдаемую в V404 Cygni», – добавил Джеймс Миллер-Джонс.

Исходя из расчетов астрономы установили, что, в то время как аккреционный диск V404 Cygni имеет ширину около 10 миллионов километров, искривляется только его внутренняя область протяженностью несколько тысяч километров, которая, кроме этого, еще и раздувается под действием радиационного давления, приобретая форму пончика.

«Мы были ошеломлены тем, что увидели в этой системе. Это было совершенно неожиданно! Открытие этой астрономической информации углубило наше понимание того, как черные дыры могут влиять на эволюцию галактик», – заключил Грег Сиваков, соавтор исследования из Альбертского университета (Канада).

Роман Захаров
главный редактор