Ученые выяснили, почему с Земли трудно измерить вращение черных дыр
Астрономы проверили, может ли Event Horizon различить две модели предельного вращения черных дыр. Оказалось, нынешнего разрешения EHT для этого недостаточно: если смоделировать черную дыру Стрелец A* в центре Млечного Пути в двух вариантах, изображения и измеряемые параметры почти совпадают. Работа Теган Томас из Университета Вирджинии и ее коллег опубликована как препринт на arXiv.
Черные дыры не просто притягивают вещество вокруг себя — они еще и вращаются. Скорость вращения влияет на ближайшее окружение: аккреционный диск, магнитные поля, струи плазмы и то, как черная дыра обменивается энергией с окружающим веществом.
У астрономов есть две модели предельного вращения черных дыр. В 1970-х годах Кип Торн рассчитал, что черная дыра может раскрутиться до скорости, соответствующей 99,8% скорости света. Ограничителем в этой модели становятся фотоны из аккреционного диска: они уносят часть момента и мешают дальнейшему ускорению.
Что такое скорость света, чему она равна и почему ее нельзя превысить
Другая оценка появилась в 2004 году в работе Чарльза Гэмми и его коллег. В ней предел ниже — 93,75% скорости света. Вращение тормозят мощные намагниченные джеты, которые забирают энергию у черной дыры.
Чтобы понять, можно ли отличить эти сценарии по наблюдениям, авторы новой работы смоделировали Стрелец A* в двух режимах предельного вращения. Для этого они использовали трехмерные общерелятивистские магнитогидродинамические расчеты, а затем получили синтетические радиоснимки — изображения, которые мог бы увидеть EHT.
Результат оказался неутешительным. При разрешении EHT около 20 микросекунд дуги обе модели выглядят почти одинаково. У них совпадают темп падения плазмы, структура джетов, кривые блеска и поляризация излучения. По данным EHT нельзя уверенно сказать, какой предел вращения ближе к реальности.
Выходом может стать наблюдение фотонного кольца. Это очень тонкое и яркое кольцо света внутри размытой плазменной области вокруг черной дыры. Его образуют лучи, которые попали в сильное гравитационное поле, сделали хотя бы один оборот вокруг черной дыры и затем ушли к Земле.
Для наблюдения фотонного кольца нужно разрешение порядка 5 микросекунд дуги — наземным инструментам его не хватает. Помочь может миссия Black Hole Explorer, или BHEX, которую рассматривают как проект NASA Small Explorer. Она должна вывести радиотелескоп на орбиту Земли и объединить его с наземными антеннами EHT, включая Green Bank Telescope и ALMA.
Если BHEX запустят, космический радиотелескоп расширит базу интерферометра и позволит рассмотреть фотонное кольцо Стрельца A*. Тогда астрономы смогут точнее измерить его форму и приблизиться к ответу на вопрос, какой предел вращения у черных дыр.
Иллюстрация EHT Collaboration
Самое популярное
