“Чандра” и XMM-Newton обеспечивают прямое измерение спина удаленной черной дыры

Астрономы показали, что сверхмассивная черная дыра, расположенная на расстоянии шести миллиардов световых лет от Земли, вращается с чрезвычайно большой скоростью. Первое прямое измерение спина столь удаленной черной дыры является большим успехом на пути к пониманию того, как черная дыра увеличивает свои размеры... Множественные изображения удаленного квазара видны на этом видео, полученном с помощью рентгеновской обсерватории НАСА “Чандра” и космического телескопа “Хаббл” (Рентгеновский диапазон: НАСА/CXC/Мичиганский университет /Р.К. Рейс и др. ( R.C.Reis et al); Оптический диапазон: НАСА/Институт исследований космоса с помощью космического телескопа (STScI) Астрономы использовали рентгеновскую обсерваторию НАСА “Чандра” и рентгеновский телескоп Европейского космического агентства XMM-Newton , чтобы показать, что сверхмассивная черная дыра, расположенная на расстоянии шести миллиардов световых лет от Земли, вращается с чрезвычайно большой скоростью. Первое прямое измерение спина столь удаленной черной дыры является большим успехом на пути к пониманию того, как черная дыра увеличивает свои размеры с течением времени. Черные дыры описываются двумя простыми характеристиками: массой и спином. Если измерять достаточно эффективно массу черных дыр астрономы научились уже давно, то определение их спинов оказалось достаточно трудной задачей. В прошлом десятилетии астрономы разработали способы оценивания спинов черных дыр, удаленных от нас на расстояния, превышающие несколько миллиардов световых лет, с учетом того, что мы видим область, окружающую черные дыры в том виде, какой они имели миллиарды лет назад. Однако, определение спинов этих удаленных черных дыр состоит из нескольких этапов, тесно связанных друг с другом. "Мы хотим избавиться от услуг посредников, если можно так выразиться, при определении спинов черных дыр по всей Вселенной", - заявляет Рубенс Рейс (Rubens Reis) из Мичиганского университета в Энн - Арборе, который является ведущим автором статьи, описывающей результаты исследования, опубликованной в среду в “онлайн” версии журнала Nature. Рейс и его коллеги определили спин сверхмассивной черной дыры, которая втягивает в себя окружающий газ, образуя чрезвычайно ярко светящийся квазар, известный под названием RX J1131-1231 (или кратко RX J1131). Благодаря удачному расположению квазара, находящегося на одном луче зрения с гигантской эллиптической галактикой, искривление континуума пространство-время под действием гравитационного поля этой гигантской галактики играет роль гравитационной линзы, которая усиливает излучение, идущее от квазара. Гравитационное линзирование, впервые предсказанное еще Эйнштейном, предоставляет редкую возможность изучить глубинные области в удаленных квазарах, действуя как природный телескоп и усиливая излучение, генерируемое этими источниками. "Благодаря такой гравитационной линзе мы смогли получить достаточно подробную информацию в виде спектра рентгеновского излучения – то есть величины (интенсивности) рентгеновского излучения на разных уровнях энергии, – для объекта RX J1131", - поясняет соавтор статьи Марк Рейнольдс (Mark Reynolds), также являющийся сотрудником Мичиганского университета (штат Мичиган). "Это, в свою очередь, позволило нам получить достаточно точно величину скорости вращения черной дыры". Рентгеновское излучение генерируется, когда вращающийся аккреционный диск, образованный газом и пылью, окружающими черную дыру, формирует облако, температура в котором достигает нескольких миллионов градусов, или гало (корону) возле черной дыры. Рентгеновское излучение, идущее из гало, отражается от внутренней границы аккреционного диска. Колоссальные силы гравитации, действующие вблизи черной дыры, изменяют спектр отраженного рентгеновского излучения. Чем больше наблюдаемые изменения в спектре, тем ближе внутренняя граница диска расположена от черной дыры. "По нашим оценкам, рентгеновское излучение происходит из области диска, расположенной примерно на расстоянии, равном трехкратному радиусу до горизонта событий, или точки невозврата падающей на дыру материи", - сообщает Джон М. Миллер (Jon M. Miller) из Мичигана, один из авторов статьи. "Черная дыра должна вращаться чрезвычайно быстро, чтобы позволить диску “выжить” при таком маленьком радиусе." Например, вращающаяся черная дыра “обволакивает” близлежащее космическое пространство, вовлекая его во вращательное движение вокруг черной дыры, и тем самым дает возможность материи совершать вращение вокруг черной дыры на более близком расстоянии от неё, чем это было бы возможно для невращаюшейся черной дыры. При измерении спина удаленной черной дыры, исследователи находят важные подсказки, объясняющие, как эти объекты вырастают со временем. Если черные дыры разрастаются, в основном, за счет столкновений и слияний галактик, то они должны аккумулировать материю в виде устойчивого диска, а постоянное перетекание новой материи из диска в черную дыру должно приводить к быстрому вращению черных дыр. В то же время, если черные дыры увеличиваются в размерах исключительно за счет множества случаев небольших аккреций (приращений), то они будут накапливать (аккумулировать) материю, поступающую случайным образом из разных точек. Как в случае с каруселью, которую одновременно раскручиваютвперед - назад, это приведет к тому, что вращение черной дыры будет замедляться. Установление того факта, что скорость вращения черной дыры в RX J1131 соответствует примерно половине скорости света, позволяет сделать вывод, что эта черная дыра, наблюдаемая на расстоянии шести миллиардов световых лет, возраст которой составляет примерно 7.7 миллиарда лет после Большого Взрыва, выросла до настоящих размеров скорее всего за счет слияний, а не в результате отдельных случайных приращений материи, “вырванной” из подвернувшихся источников. Способность измерить спин черной дыры в широких космических масштабах позволит провести прямое исследование с целью определения, происходит ли эволюция черной дыры примерно такими же темпами, как и эволюция её родительской галактики. Измерение спина черной дыры RX J1131-1231 – важный шаг на этом пути, который демонстрирует метод “поэтапного зондирования” удаленных сверхмассивных черных дыр с помощью современных рентгеновских наблюдений. До оглашения результатов данной работы большинство удаленных черных дыр, для которых был применен метод прямого оценивания (измерения) спинов, расположены от нас на расстоянии всего 2.5 -.4.7 миллиарда световых лет. Центр космических полетов имени Маршалла, НАСА, в Хантсвилле, штат Алабама, осуществляет руководство программой “Чандра” от имени Управления научных программ НАСА в Вашингтоне. Управление полетом космического аппарата “Чандра” и научные исследования осуществляет Смитсоновская астрофизическая обсерватория в Кембридже, штат Массачусетс. http://www.astrogorizont.com/content/read-izmerenie_spina