Астрономы напрямую измерили скорость вращения очень далекой черной дыры (фото)

07.03.2014 08:52

Все свойства черной дыры определяется всего двумя простыми параметрами: массой и скоростью вращения.

Уже много лет астрономы умеют очень эффективно измерять массы далеких объектов, но определять второй параметр черных дыр гораздо сложнее. При этом измерения скорости вращения сверхмассивных черных дыр могут прояснить сценарии их роста. Если черные дыры растут главным образом при столкновениях и слияниях галактик, то вращение подросшей в таком процессе черной дыры будет быстрым. Если же рост черной дыры происходит за счет множества мелких эпизодов аккреции, то вращение будет относительно медленным: падающие с разных направлений сгустки вещества в среднем буду нести нулевой угловой момент и не смогут ускорить вращение.

Несколько изображений далекого квазара в видимом диапазоне (телескоп Хаббла, NASA) и в двух рентгеновских участках спектра (орбитальные обсерватории NASA Chandra и ESA XMM-Newton) приведены на этом композитном кадре. Данные Chandra и XMM-Newton позволили непосредственно измерить скорость вращения сверхмассивной черной дыры, находящейся в центре квазара. Результаты опубликованы онлайн в журнале Nature.

Ведущий автор Рубенс Рейс из Университета штата Мичиган. Его соавторы Марк Рейнольдс и Джон М. Миллер, также Мичигана, а также Доминик Уолтон из Калифорнийского технологического института.

Квазар получил обозначение RX J1131-1231 ( или RX J1131 для краткости). Он удален примерно на 6 миллиардов световых лет от Земли. Расположенная на луче зрения между Землей и RX J1131 эллиптическая галактика помогла исследователям в этой работе. Эта галактика сработала как гравитационная линза и позволила получить рентгеновские спектры квазара высокого качества. Гравитационная линза создает четыре отдельных изображения квазара – в полном соответствии с предсказаниями Эйнштейна. В случае RX J1131 случайная галактика работает как естественный телескоп, усиливая световой поток, что дает редкую возможность изучать область вблизи черной дыры. Рентгеновские лучи возникают во вращающемся аккреционном диске из газа и пыли, который окружает черную дыру. Разогрев идет настолько мощно, что температура вблизи черной дыры поднимается до миллионов градусов. Таким образом, черную дыру окружает рентгеновская корона, свет которой отражается от внутреннего края аккреционного диска. Отраженный рентгеновский спектр отличается от первоначального из-за сильного гравитационного воздействия черной дыры. Чем больше изменение в спектре, тем ближе к черной дыре должны быть внутренний край аккреционного диска. Авторы нового исследования Рубенс Рейс, Марк Рейнольдс, Джон М. Миллер и Доминик Уолтон обнаружили, что рентгеновские лучи приходят из области, радиус которой всего в три раза больше радиуса горизонта событий.

Это значит, что черная дыра должна вращаться с очень большой скоростью, чтобы позволить существовать аккреционному диску в такой малой окрестности. Вычисления показали, что черная дыра в RX J1131 вращается со скоростью более половины скорости света, что подтверждает сценарий слияния галактик.

На сегодняшний день черная дыра в RX J1131 – самая дальняя, для которой была измерена скорость вращения.