Джет чорної діри вказав на обертання простору-часу

Астрономи описали незвичайну динаміку в подвійній системі чорної діри та звичайної зірки V404 Лебедя, в якій напрям струменя викидів компактного об'єкта змінюється на масштабі хвилин. Настільки швидка еволюція пов'язана з дією релятивістського ефекту захоплення систем відліку і помітним кутом між спіном чорної діри і перпендикуляром до диска з падаючої речовини, пишуть автори в журналі Nature, інформує Ukr.Media.

Одним з видів змінних небесних об'єктів є рентгенівські подвійні системи з двох тіл з високою освітленістю в рентгенівському діапазоні. Високоенергетичне випромінювання такого об'єкта виникає в розігрітому до високих температур акреційному диску, який формується з речовини звичайної зірки, що перетікає на компактний другий компонент (це може бути чорна діра або нейтронна зірка).

В деяких випадках в таких системах спостерігається формування джетів — вузьких струменів речовини, які майже зі швидкістю світла рухаються від полюсів обертання чорних дір. Напрям джетів не змінюється або змінюється повільно, проте в роботі під керівництвом Джеймса Міллера-Джонса (James Miller-Jones) з Міжнародного центру радіоастрономічних досліджень описується випадок виключно швидкої змінності напрямку джета в системі V404 Лебедя, розташованої на відстані 2,4 кілопарсека.

Дані, отримані авторами за допомогою радіоінтерферометрії з наддовгою базою (яка дозволила отримати перше в історії зображення тіні чорної діри), дозволили детально дослідити динаміку системи під час двох спалахів у 2015 році, що тривали близько тижня. Під час першого сеансу спостережень, коли вчені працювали з довгою експозицією в 4 години, була отримана лише розмита картинка. Авторам довелося змінити підхід і накопичувати дані протягом всього 70 секунд, що дозволило зафіксувати зміни та змоделювати анімацію джета.

Пояснити спостережувану поведінку вчені запропонували ефектом Ленз-Тіррінга, також званим захопленням систем відліку. Цей феномен можливий у разі обертових масивних тіл, які можуть захоплювати сам простір-час своїм обертанням, через що всі об'єкти навколо також змушені рухатися по колу в ту ж сторону.

У цьому випадку вісь обертання чорної діри не співпадає з обертанням тонкого плоского акреційного диска, через що в його центрі формується нахилена частина, схожа на пончик. Вона «розпухає» від великого нагрівання і тиску випромінювання, але за розміром досить мала: кілька тисяч кілометрів проти 10 мільйонів кілометрів всього диска. Оскільки джет формується в безпосередній близькості від чорної діри, то нахилена внутрішня частина перенаправляє його в різні сторони.

Автори не змогли запропонувати іншого пояснення прецесії джета в даному випадку, однак зазначають, що при дослідженні активних ядер галактик з набагато більш масивними чорними дірами також фіксуються вказівки на наявність зміни напрямку струменів. В інших роботах астрофізики намагалися пояснити це існування подвійних надмасивних чорних дір у центрах деяких галактик, але нове дослідження показує, що це може бути не єдиним можливим поясненням.

Однією з основних невирішених проблем астрофізики чорних дір є питання про виникнення джетів. Нещодавно російський супутник «Радіоастрон» розглянув структуру джета поблизу надмасивної чорної діри, формування джета спостерігали та у V404 Лебедя, теоретики запропонували спосіб оцінити обертання чорних дір на основі досліджень джетів.