Звезда Смерти Погружение показывает пространство-время, вращающееся вокруг черной дыры
Жестокое разрушение звезд, зарегистрированное в 2024 году, дало астрономам наиболее полное доказательство того, что черная дыра скручивает саму ткань пространства-времени вокруг себя.
Этот эффект известен как эффект перетаскивания кадров или эффект линзы-третьего, и наблюдение за ним в центре галактики под названием LEDA 145386, примерно в 400 миллионах световых лет от Земли, дало астрономам возможность наблюдать за общей теорией относительности в режиме реального времени.
«Это настоящий подарок для физиков, поскольку мы подтверждаем предсказания, сделанные более века назад, — говорит астрофизик Козимо Инсерра из Университета Кардиффа в Великобритании. — Не только это, но эти наблюдения также говорят нам больше о природе TDE — когда звезда измельчается огромными гравитационными силами, оказываемыми черной дырой».
Странная черная дыра стреляет из самолетов Wobbly, потому что она перетаскивает пространство-время
Фрейм-драггинг — это предсказание общей теории относительности, и его легко представить. Представьте, что ложку в мед помещают и вращают. Мед вращается ложкой, причем эффект сильнее всего близок к ложке, и становится слабее с расстоянием.
Все, что имеет массу, гравитационно искривляет пространство-время. Всякий раз, когда эта масса вращается, пространство-время искривляется соответствующим поворотом. Ранее было сделано несколько наблюдений за перетаскиванием кадров, включая его влияние на спутники вокруг самой Земли.
Возле Земли, однако, эффект незаметен.Растяжка кадров становится гораздо более выраженной вокруг объектов в несколько миллионов раз массивнее Солнца, таких как сверхмассивные черные дыры, что делает эти среды отличными лабораториями для изучения того, как работает явление.
Конечно, недостатком является то, что сверхмассивные черные дыры, как правило, слишком далеко, чтобы детально изучить их более тонкие действия. Это означает, что нам часто приходится ждать катастрофического события, такого как разрушение звезды, чтобы измерить любое неуловимое поведение.
Это относится к черной дыре в центре LEDA 145386, масса которой примерно в 5 миллионов раз больше массы Солнца.
В январе 2024 года Звикский переходный объект зафиксировал резкое осветление в манере, которую определили ученые, согласующейся с событием приливного разрушения — крик света, излучаемого проходящей звездой, разорван мощной гравитацией черной дыры. Такие события известны, но редки и суперинтересны. Так, естественно, астрономы продолжали наблюдать.
«Когда звезда проходит близко к сверхмассивной черной дыре, сильная гравитация черной дыры растягивает ее и в конечном итоге разрывает на части, так что материал от звезды начинает падать на нее», — объясняет астроном Сантьяго дель Паласио из Университета Чалмерса в Швеции.
«Такое событие становится очень ярким; когда оптический телескоп обнаружил новое, это заставило нас начать наблюдать черную дыру в разных длинах волн как можно быстрее», — сказал он.
Со временем возникла странная закономерность. Каждые 19,6 дня рентгеновские лучи, испускаемые черной дырой, менялись по яркости более чем на порядок. Между тем радиоизлучение от объекта также колебались, с вариацией более чем на четыре порядка. Характерно, что эти рентгеновские и радиофлуктуации были синхронизированы друг с другом.
Черная дыра, пожирающая звезду, известна как событие приливного разрушения, потому что звезда нарушается приливными силами черной дыры — ее гравитационным притяжением.Когда это происходит, звезда не сразу исчезает за горизонтом событий черной дыры; ее расчлененные внутренности извергаются и образуют диск, который вращается вокруг черной дыры, постепенно падая к ее горизонту.
Астрономы считают, что некоторый материал ускоряется вдоль линий магнитного поля к полюсам черной дыры, где он запускается в космос с огромной силой, генерируя огромные струи материала со скоростью, близкой к скорости света.
Аккреционный диск вокруг черной дыры испускает рентгеновское излучение; между тем, синхротронное ускорение струи производит радиосвет. Синхронизированные колебания в обоих предполагают, что вся структура колеблется, как вращающийся верх — эффект оттягивания кадра.
«Такая поперечная полоса, высокая амплитуда и квазипериодическая синхронная изменчивость настоятельно предполагает жесткую связь между аккреционным диском и струей, которая прецессирует, как гироскоп вокруг оси вращения черной дыры», — говорит соавтор Янан Ван из Китайской академии наук.
Модели соколибривающего диска и струи дали аналогичные результаты, подтверждая, что объекты, такие как неуправляемая черная дыра LEDA 145386, могут предложить лабораторию не только для изучения процессов аккреции и струйного образования, но и для тестирования самой общей теории относительности.
«Показывая, что черная дыра может перетаскивать пространство-время и создавать этот эффект перетаскивания кадров, мы также начинаем понимать механику процесса», — говорит Инсерра.
«Таким же образом, как заряженный объект создает магнитное поле при его вращении, мы видим, как массивный вращающийся объект — в данном случае черная дыра — генерирует гравитационное магнитное поле, которое влияет на движение звезд и других космических объектов поблизости».
Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances.
