Разорванная звезда помогла измерить скорость вращения черной дыры

Опираясь на данные о поглощении звезды сверхмассивной черной дырой, исследователи измерили скорость вращения космического монстра, которая оказалась равной примерно половине скорости света. Результаты, опубликованные в журнале Science, являются первым примером использования события приливного разрушения для оценки параметров вращения черной дыры.

В 2014 году астрономы обнаружили в ночном небе редкое зрелище: сверхмассивная черная дыра в центре галактики в 300 миллионах световых лет от Земли разрывала на части звезду. Событие приливного разрушения, получившее обозначение ASASSN-14li, вызвало всплеск рентгеновской активности вблизи ее центра. С тех пор множество обсерваторий обратили свои инструменты к этой галактике в надежде узнать больше о том, как питаются черные дыры.

Применив компьютерный код для обнаружения периодических закономерностей в астрофизических данных, ранее разработанный участниками команды, исследователи обнаружили в архивах нескольких телескопов («XMM-Newton», «Chandra» и «Swift») необычайно интенсивный, стабильный рентгеновский сигнал с периодичностью 131 секунда, продолжавшийся 450 дней. Они установили, что он исходит из области очень близкой к горизонту событий черной дыры – точке невозврата, за которой материал неизбежно проглатывается монстром.

Считается, что все, что производит периодические вспышки рентгеновского излучения, должно вращаться вокруг черной дыры прямо у горизонта событий, возле самой внутренней стабильной круговой орбиты (ISCO), по которой частица может безопасно перемещаться. Таким образом, интервал поступающих сигналов раскрывает ключевую информацию о размере ISCO, которая в свою очередь определяется скоростью вращения черной дыры. Принимая во внимание близость вспышек к черной дыре и ее массу в 1 миллион солнечных, команда подсчитала, что гравитационный монстр вращается со скоростью примерно 150 тысяч километров в секунду.

Известно, что большинство сверхмассивных черных дыр неактивно. Лишь изредка они проявляют рентгеновскую активность, например, когда звезды подходят достаточно близко, чтобы черные дыры могли их поглотить. Исследование ASASSN-14li впервые показало, что такие события приливного разрушения могут использоваться для определения невероятно сложной характеристики: скорости вращения неактивных сверхмассивных черных дыр.

«Пусть это и не такая высокая скорость, поскольку считается, что черные дыры могут вращаться на скорости 99% от скорости света, но это первый случай получения данных о скорости их вращения с использованием события приливного разрушения. В конечном итоге новый метод может помочь нам понять, как галактики эволюционировали на протяжении истории Вселенной», – сказал Дирай Пашам, ведущий автор исследования из Института астрофизики и космических исследований им. М.В. Кавли (США).

В будущем команда надеется выявить аналогичные устойчивые закономерности в других случаях уничтожения звезд черными дырами, которые находятся дальше от Земли в пространстве и времени.

«В следующем десятилетии мы надеемся обнаружить больше таких событий. Оценка вращений нескольких черных дыр с начала времен до наших дней полезна с точки зрения определения возможной связи между этим параметром и их возрастом», – поделился планами Дирай Пашам.