|
Черные дыры вращаются быстрее, чем ожидалось
|
|
|
|
Вселенная полна черных дыр, которые весело вращаются — одни быстро, другие медленнее. Недавнее исследование сверхмассивных черных дыр показало, что скорость их вращения позволяет многое узнать об истории их образования.
|
|
|
|
Если вы хотите описать характеристики сверхмассивной черной дыры, необходимо использовать два важных числа. Одно из них - это ее масса, а другое - скорость вращения. Считается, что скорость вращения некоторых черных дыр очень близка к скорости света.
|
|
|
|
По словам Логана Фрайса, аспиранта Университета Коннектикута, получить эти цифры непросто. "Проблема в том, что массу трудно измерить, а вращение - еще сложнее", - сказал он. Тем не менее, наличие точных цифр важно, если мы хотим понять эволюцию черных дыр.
|
|
|
|
Фриз и его коллеги из проекта Sloan Digital Sky Survey по составлению карты реверберации взялись за сложную работу. Они измерили скорость вращения черных дыр на протяжении всей космической истории. "Мы изучили гигантские черные дыры, обнаруженные в центрах галактик, начиная с сегодняшнего дня и вплоть до 7 миллиардов лет назад", - сказал Фриз, основной автор статьи об этой работе.
|
|
|
|
|
|
|
В рамках картографического проекта также были проведены подробные наблюдения за соответствующими аккреционными дисками. Это области, расположенные ближе всего к черной дыре, где вещество накапливается и нагревается по мере своего закручивания в спираль. Измерение этой области важно, поскольку знание массы черной дыры и структуры ее аккреционного диска дает данные, позволяющие измерить скорость вращения. Астрономы обычно оценивают скорость вращения, наблюдая за поведением вещества при его падении в черную дыру.
|
|
Черные дыры и их археология
|
|
|
|
По словам Фриса, результаты исследования SDSS по измерению массы сотен черных дыр стали неожиданностью. Это связано с тем, что скорости вращения показывают кое-что об истории образования черных дыр. "Неожиданно мы обнаружили, что они вращаются слишком быстро, чтобы образоваться только в результате слияния галактик", - сказал он. "Они, должно быть, образовались в значительной степени из-за падения материала, который плавно увеличивал черную дыру и ускорял ее вращение".
|
|
|
|
Фрайс рассказал о своей работе на 245-м заседании Американского астрономического общества. "Я читал научные статьи, в которых теоретически рассматривается вращение черных дыр с точки зрения слияния подобных черных дыр, и мне было любопытно, можно ли измерить вращение с помощью наблюдений", - сказал Фрайс. Он отметил, что история роста черных дыр требует более точных измерений, чем те, которые были доступны ранее.
|
|
|
|
И, по словам научного руководителя Фрайса, профессора физики Джонатана Трампа, это непросто. "Задача заключается в том, чтобы отделить вращение черной дыры от вращения окружающего ее аккреционного диска", - сказал Трамп. "Главное - посмотреть на самую внутреннюю область, где газ попадает в горизонт событий черной дыры. Вращающаяся черная дыра увлекает за собой этот самый внутренний материал, что приводит к заметной разнице, когда мы смотрим на детали наших измерений".
|
|
|
|
Для определения массы и вращения черной дыры требуются спектральные измерения. Данные, полученные с помощью SDSS, содержат незначительные сдвиги в спектрах в сторону более коротких длин волн света. Этот сдвиг является основным ключом к пониманию скорости вращения черной дыры. "Я называю этот подход "археологией черных дыр", - сказал Фриз, - потому что мы пытаемся понять, как масса черной дыры росла с течением времени. Изучая вращение черной дыры, вы, по сути, изучаете ее ископаемую летопись".
|
|
|
|
О чем говорят нам черные дыры
|
|
|
|
Итак, что же говорят нам эти ископаемые останки? Прежде всего, это бросает вызов распространенному мнению о том, что черные дыры всегда образуются в результате столкновений галактик. Другими словами, когда галактики сливались, то же самое происходило и с их центральными черными дырами. Каждая галактика привносит в процесс слияния свою скорость вращения и ориентацию. Вращения могут так же легко нейтрализовать друг друга, как и складываться вместе. Если это так, то астрономы должны были наблюдать широкий диапазон вращений. У одних черных дыр должно быть большое вращение, у других… не такое большое.
|
|
|
|
Самым большим сюрпризом является то, что многие черные дыры, по-видимому, вращаются очень быстро. Что еще более удивительно, самые удаленные из них, по-видимому, вращаются быстрее, чем ближайшие к нам (т.е. "близлежащая" Вселенная). Похоже, что в ранней Вселенной они вращались быстрее, а в более поздние эпохи - медленнее. "Мы обнаружили, что около 10 миллиардов лет назад черные дыры приобрели свою массу в основном за счет употребления в пищу различных предметов", - объяснил Фрайс.
|
|
|
|
Ранняя высокая скорость вращения подразумевает, что большинство сверхмассивных черных дыр (таких как в нашей галактике Млечный Путь) со временем образовывались, поглощая газ и пыль очень плавным и контролируемым образом. Другими словами, чем больше они поглощают (в том числе звезд и газа), тем выше скорость их вращения. Также оказывается, что рост числа слияний на самом деле замедляет вращение сверхмассивных черных дыр. Это могло бы объяснить, почему те скорости вращения, которые мы измеряем сегодня, отличаются от более однородных скоростей более ранних эпох.
|
|
|
|
Идея о плавном формировании черных дыр с течением времени открывает новое направление для исследований черных дыр. Наблюдения JWST помогут выявить больше объектов для изучения. Исследования, подобные проекту SDSS Reverberation Mapping project, будут сопровождаться более точными измерениями огромных сверхмассивных черных дыр, которые JWST постоянно обнаруживает в ходе изучения Вселенной.
|
|
|
|
Источник
|
