Ученые получили первые четкие доказательства существования закручивающегося вихря в пространстве-времени — четырехмерном каркасе, объединяющем пространство и время, описанном теорией общей относительности Эйнштейна. Это явление, предсказанное более века назад, никогда не наблюдалось напрямую до сих пор. Открытие, опубликованное в Science Advances, демонстрирует, как черная дыра — объект настолько плотный, что даже свет не может вырваться из его гравитации — может искривлять саму ткань пространства-времени вокруг себя, заставляя близлежащую материю двигаться с колебаниями.
Этот эффект называется прецессией Лензе-Тирринга, или увлечением инерциальных систем отсчета (frame-dragging). Он возникает, когда быстро вращающаяся черная дыра увлекает за собой окружающее пространство-время, подобно тому, как вращающийся волчок затягивает воду в водоворот. Это явление проистекает из теории относительности Эйнштейна, которая описывает гравитацию как искривление пространства-времени, вызванное массой и энергией, а не просто как силу притяжения.
Команда, возглавляемая Национальными астрономическими обсерваториями Китая при поддержке Кардиффского университета, исследовала событие приливного разрушения под названием AT2020afhd. Событие приливного разрушения происходит, когда звезда проходит настолько близко к черной дыре, что интенсивные гравитационные силы разрывают ее на части. В данном случае звезда была уничтожена сверхмассивной черной дырой — черной дырой, масса которой в миллионы или миллиарды раз превышает массу Солнца, обычно расположенной в центрах галактик. Остатки звезды сформировали аккреционный диск — вращающуюся структуру из чрезвычайно горячего газа и обломков, закручивающихся внутрь под действием гравитации. Одновременно мощные струи плазмы и высокоэнергетических частиц вырывались наружу почти со скоростью света.
Отслеживая изменения в рентгеновских и радиосигналах, исследователи заметили, что и диск, и струя колеблются синхронно с циклом около 20 дней. Рентгеновские лучи — это высокоэнергетические формы электромагнитного излучения, обычно генерируемые вблизи черных дыр чрезвычайно горячей материей, в то время как радиосигналы — это излучения с более длинной волной, используемые астрономами для изучения струй, магнитных полей и высокоэнергетических частиц. Это синхронное движение — именно то, что предсказывали теории, но никогда не подтверждалось с такой детализацией.
Доктор Козимо Инсерра, один из авторов работы из Кардиффского университета, пояснил: «Наше исследование представляет собой наиболее убедительное свидетельство прецессии Лензе-Тирринга — того, как черная дыра увлекает пространство-время за собой, подобно тому, как вращающийся волчок увлекает воду вокруг себя в водовороте».
Исследование добавляет важный контекст. Теории и симуляции давно предполагали, что экстремальное искривление пространства-времени вблизи черных дыр искривляет пути света и материи, создавая прецессию диска и струи под действием сильных релятивистских сил — эффекты, которые становятся важными, когда гравитация интенсивна или материя движется близко к скорости света. Что выделяет этот случай, так это четкое наблюдательное подтверждение. Команда зафиксировала квазипериодические вариации с периодом 19,6 дня — повторяющиеся, но не идеально регулярные циклы — как в рентгеновских, так и в радиосигналах, причем амплитуды рентгеновского излучения были более чем в десять раз выше нормы. Почти синхронные вариации указывают на общий механизм, управляющий обеими областями излучения, то есть областями, где генерируется регистрируемое излучение.
Модель прецессии Лензе-Тирринга диска-струи смогла воспроизвести эти вариации, и данные свидетельствуют о том, что задействованная черная дыра имеет низкий спин, то есть вращается медленнее, чем многие быстро вращающиеся черные дыры, предсказанные релятивистскими моделями. Исследование также выявило кратковременную радиоизменчивость в событиях приливного разрушения, чего не наблюдалось ранее. Исследователи полагают, что это подчеркивает важность высокочастотного радиомониторинга — частых повторяющихся наблюдений через короткие промежутки времени, — который может раскрыть больше информации о том, как черные дыры формируют свое окружение.
Это открытие подтверждает предсказание, сделанное Альбертом Эйнштейном в 1913 году и позже математически сформулированное Йозефом Лензе и Гансом Тиррингом в 1918 году. Оно открывает новые пути для изучения спина черных дыр, физики аккреции — изучения того, как материя падает на массивные объекты и высвобождает энергию, — и формирования струй, процесса, посредством которого вращающаяся материя и магнитные поля выбрасывают в космос узкие потоки высокоэнергетической плазмы. Для ученых это редкий шанс наблюдать, как само пространство-время искривляется одним из самых экстремальных объектов во Вселенной.
Источник: Кардиффский университет, Science Advances
Эта статья была сгенерирована с помощью ИИ и отредактирована. В соответствии с Разделом 107 Закона об авторском праве 1976 года, этот материал используется в целях новостного освещения. Добросовестное использование — это использование, разрешенное статутом об авторском праве, которое в противном случае могло бы являться нарушением.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Sayan Sen
