Измерить спин черной дыры можно только из космоса
Астрономы знают, что черные дыры вращаются, и очень быстро. Но насколько быстро — ключевой вопрос для понимания их влияния на окружающее пространство и галактики. Новая работа Тиган Томас из Университета Виргинии и ее коллег, доступная на arXiv, содержит как плохие, так и хорошие новости. Плохая: сейчас мы не можем определить скорость вращения черных дыр. Хорошая: в ближайшие годы появится инструмент, который это позволит. Об этом рассказывает издание Phys.org.
Существуют две основные теории максимальной скорости вращения черной дыры. Первая, разработанная Кипом Торном в 1970-х, предполагает предел в 99,8% скорости света — тормозят фотоны из аккреционного диска. Вторая, предложенная в 2004 году Чарльзом Гамми из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне и соавторами, утверждает, что максимум — 93,75% скорости света из-за магнитных джетов, которые замедляют вращение. Десятилетия идет спор, какая из теорий верна.
Современные телескопы не могут разрешить этот спор. Лучший из них — Event Horizon Telescope (EHT), который около 10 лет назад получил первое прямое изображение черной дыры. EHT объединяет радиотелескопы по всему миру, но его разрешение ограничено 20 микроугловыми секундами. Чтобы проверить, сможет ли EHT различить две скорости вращения, авторы использовали 3D-моделирование общей релятивистской магнитогидродинамики (GRMHD). Они смоделировали Sgr A* с максимальными скоростями вращения и сгенерировали синтетические радиоизображения. Результат: черные дыры с разной скоростью выглядят для EHT одинаково. Скорость аккреции плазмы почти идентична, релятивистские джеты неразличимы, а кривые блеска и поляризации почти полностью перекрываются.
Ключ — фотонное кольцо
Внутри размытого кольца плазмы на снимках EHT находится чрезвычайно тонкое, но яркое кольцо света — фотонное кольцо. Оно состоит из лучей, захваченных гравитацией черной дыры, сделавших хотя бы один оборот вокруг нее и вырвавшихся к Земле. Но ни один наземный телескоп не обладает чувствительностью, чтобы его увидеть — требуется разрешение порядка 5 микроугловых секунд.
Решение — выйти в космос. Миссия Black Hole Explorer (BHEX) сейчас разрабатывается как малый исследовательский проект NASA, запуск запланирован на следующее десятилетие. BHEX разместит радиотелескоп на орбите Земли и будет работать в связке с EHT, например с телескопом Грин-Бэнк (GBT) или ALMA. Это создаст интерферометр, способный напрямую наблюдать фотонное кольцо Sgr A*. Если миссия состоится, BHEX позволит определить точную форму этого кольца и, возможно, выяснить, вращается ли наша локальная черная дыра с максимальной скоростью. Многолетний спор может быть разрешен всего через несколько лет.
