Надмасивна чорна діра в серці нашої галактики не просто обертається – вона робить це з майже максимальною швидкістю, затягуючи за собою все, що знаходиться поблизу. Фізики розрахували швидкість обертання надмасивної чорної діри Чумацького Шляху, яка називається Стрілець A* (Sgr A), використовуючи рентгенівську обсерваторію НАСА Чандра для спостереження за рентгенівськими променями і радіохвилями, що виходять від потоків речовини.
Швидкість обертання чорної діри визначається як “a” і має значення від 0 до 1, де 1 – це максимальна швидкість обертання конкретної чорної діри, яка становить значну частку швидкості світла. Рут А. Дейлі, фізик з Пенсильванського університету, та її колеги виявили, що швидкість обертання Sgr A становить від 0,84 до 0,96 – близько до верхньої межі, визначеної шириною чорної діри.
Вчені впевнені, що відкриття того факту, що Sgr A* обертається з максимальною швидкістю, має далекосяжні наслідки для розуміння утворення чорних дір і астрофізичних процесів, пов’язаних з цими дивовижними космічними об’єктами. Обертання чорної діри відрізняється від обертання інших космічних об’єктів. Якщо планети, зірки та астероїди – це тверді тіла з фізичними поверхнями, то чорні діри – це області простору-часу, обмежені зовнішньою нефізичною поверхнею, яка називається горизонтом подій, за межі якої світло не може вийти.
“У той час як обертання планети або зірки визначається розподілом її маси, обертання чорної діри описується її кутовим моментом”, – говорить Кальмет. “Через екстремальні гравітаційні сили поблизу чорної діри обертання призводить до того, що простір-час стає сильно викривленим і скрученим, утворюючи так звану ергосферу. Цей ефект є унікальним для чорних дір і не відбувається з твердими тілами, такими як планети або зірки”. Це означає, що, обертаючись, чорні діри буквально закручують саму тканину
простору-часу і тягнуть за собою все, що знаходиться в ергосфері. Це явище, яке називається “перетягуванням фрейму” або “ефектом Ленсінга-Тіррінга”, означає, що для розуміння того, як поводиться простір навколо чорної діри, дослідникам потрібно знати її обертання. Це перетягування фрейму також призводить до дивних візуальних ефектів навколо чорних дір.
“Коли світло наближається до чорної діри, що обертається, обертання простору-часу призводить до того, що шлях світла викривляється або скручується, – каже Кальмет. “Це призводить до явища, яке називається гравітаційним лінзуванням, коли траєкторія світла викривляється через гравітаційний вплив чорної діри, що обертається. Ефект перетягування фрейму може призвести до утворення світлових кілець і навіть до створення тіні чорної діри. Це прояви гравітаційного впливу чорних дір на світло”. Теоретична максимальна швидкість чорної діри визначається тим, як вона живиться матерією і, відповідно, як вона росте.
“Коли матерія падає в чорну діру, вона збільшує обертання чорної діри, але є межа тому, скільки кутового моменту вона може мати”, – каже Кальмет. “Іншим фактором є маса чорної діри. Більш масивні чорні діри мають більшу гравітаційну силу, що ускладнює збільшення їхнього обертання. “Крім того, взаємодія між чорною дірою та її оточенням може передавати кутовий момент і впливати на обертання чорної діри”, – додав він. Це може пояснити, чому Sgr A*, маса якої еквівалентна приблизно 4,5 мільйонам сонць, має швидкість обертання від 0,84 до 0,96, а надмасивна чорна діра в серці галактики M87 – перша чорна діра, яку вдалося сфотографувати – обертається зі швидкістю від 0,89 до 0,91, незважаючи на те, що має масу 6,5 мільярдів сонць.
