Астрономы впервые напрямую зафиксировали, как вращающаяся чёрная дыра искривляет ткань пространства-времени вокруг себя. Это открытие, опубликованное в журнале Science Advances, стало прорывом в наблюдениях за одним из самых трудноуловимых явлений во Вселенной.
Феномен, известный как прецессия Лензе-Тирринга или увлечение системы отсчёта, описывает, как вращающаяся чёрная дыра закручивает пространство-время. Это воздействие заставляет близлежащие объекты, например звёзды, колебаться на своих траекториях.
Исследовательская группа под руководством Национальных астрономических обсерваторий Китайской академии наук при поддержке Университета Кардиффа сосредоточила своё внимание на событии AT2020afhd. Это событие приливного разрушения (TDE), в ходе которого звезда была разорвана на части сверхмассивной чёрной дырой. Когда звезда была уничтожена, её остатки образовали вращающийся диск вокруг чёрной дыры. Из этого диска выбрасывались интенсивные струи материи со скоростью, близкой к скорости света.
Отслеживая повторяющиеся закономерности в рентгеновских и радиосигналах от этого события, учёные обнаружили, что диск и джет колеблются синхронно. Это движение повторялось с 20-дневным циклом.
Идея этого эффекта была впервые предложена Эйнштейном в 1913 году, а затем математически сформулирована Лензе и Тиррингом в 1918 году. Новые измерения подтверждают ключевое предсказание общей теории относительности и могут помочь астрономам исследовать вращение чёрных дыр, физику аккреции и формирование джетов.
«Наше исследование представляет собой наиболее убедительное доказательство прецессии Лензе-Тирринга – того, как чёрная дыра увлекает за собой пространство-время подобно тому, как вращающийся волчок создаёт водоворот в воде», – объясняет доктор Козимо Инсерра, сотрудник Школы физики и астрономии Университета Кардиффа и соавтор работы.
«Это настоящий подарок для физиков, поскольку мы подтверждаем предсказания, сделанные более века назад. Кроме того, эти наблюдения дают нам больше информации о природе событий TDE – когда звезда разрывается колоссальными гравитационными силами чёрной дыры», – продолжает он. «В отличие от ранее изученных TDE с постоянными радиосигналами, сигнал от AT2020afhd демонстрировал краткосрочные изменения, которые невозможно было приписать высвобождению энергии из чёрной дыры и её окружающих компонентов. Это ещё больше подтвердило эффект увлечения в наших умах и предлагает учёным новый метод исследования чёрных дыр».
Для выявления сигнала увлечения системы отсчёта команда проанализировала рентгеновские наблюдения с обсерватории Neil Gehrels Swift Observatory (Swift) и радиоизмерения с радиотелескопа Karl G. Jansky Very Large Array (VLA). Также исследователи изучили состав, структуру и поведение участвующей материи с помощью электромагнитной спектроскопии, что помогло им описать и идентифицировать эффект.
«Показывая, что чёрная дыра может увлекать за собой пространство-время и создавать этот эффект увлечения, мы также начинаем понимать механику процесса», – добавил доктор Инсерра. «Так же, как заряженный объект создаёт магнитное поле при вращении, мы видим, как массивный вращающийся объект – в данном случае чёрная дыра – генерирует гравитомагнитное поле, которое влияет на движение звёзд и других космических объектов поблизости».
«Это напоминание для нас, особенно во время праздников, когда мы с восхищением смотрим на ночное небо, что у нас есть возможность идентифицировать всё более необычные объекты во всех вариациях, которые создала природа».
Работа Detection of disk-jet coprecession in a tidal disruption event опубликована в журнале Science Advances.
