Смертельное падение звезды показывает закручивание пространства-времени вокруг черной дыры

Сильное звездное разрушение, зарегистрированное в 2024 году, дало астрономам наиболее исчерпывающие доказательства того, что черная дыра скручивает саму ткань пространства-времени вокруг себя.

Этот эффект известен как перетаскивание кадра, или эффект Лензе-Тирринга, и наблюдение за ним в центре галактики под названием LEDA 145386, примерно в 400 миллионах световых лет от Земли, дало астрономам возможность наблюдать за игрой общей теории относительности. в режиме реального времени.

«Это настоящий подарок для физиков, поскольку мы подтверждаем предсказания, сделанные более века назад», — говорит астрофизик Козимо Инсерра из Кардиффского университета в Великобритании. «Мало того, эти наблюдения также говорят нам больше о природе TDE – когда звезда разрывается под действием огромных гравитационных сил, создаваемых черной дырой».

По теме: Странная черная дыра выбрасывает шаткие струи, потому что она тянет пространство-время

Перемещение кадров — это предсказание общей теории относительности, и его легко представить. Представьте, что вы опускаете ложку в мед и вращаете ее. Мед вращается вместе с ложкой, причем эффект сильнее всего проявляется ближе к ложке, а с расстоянием становится слабее.

Все, что имеет массу, гравитационно искажает пространство-время. Всякий раз, когда эта масса вращается, пространство-время искажается соответствующим образом. Ранее было сделано множество наблюдений за перетаскиванием кадров, в том числе его влияние на спутники вокруг самой Земли.

Однако вблизи Земли эффект незначителен. Перемещение кадров становится гораздо более выраженным вокруг объектов, которые в несколько миллионов раз массивнее Солнца, таких как сверхмассивные черные дыры, что делает эти среды отличными лабораториями для изучения того, как работает это явление.

Конечно, недостатком является то, что сверхмассивные черные дыры обычно находятся слишком далеко, чтобы подробно изучать их более тонкую деятельность. Это означает, что нам часто приходится ждать катастрофического события, такого как разрушение звезды, чтобы измерить любое неуловимое поведение.

Так обстоит дело с черной дырой в центре LEDA 145386, масса которой примерно в 5 миллионов раз превышает массу Солнца.

В январе 2024 года переходный центр Цвикки зафиксировал резкое увеличение яркости объекта, что, по мнению ученых, соответствовало приливной активности. Событие разрушения – крик света, излучаемый проходящей звездой, разрывается на части мощной гравитацией черной дыры. Такие события известны, но редки и суперинтересны. Поэтому, 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 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 побудило нас начать наблюдать за черной дырой в на разных длинах волн как можно быстрее».

Со временем возникла странная закономерность. Каждые 19,6 дней рентгеновские лучи, испускаемые черной дырой, меняли яркость более чем на порядок. Между тем радиоизлучение объекта также колебалось, с разбросом более чем на четыре порядка. Характерно, что эти рентгеновские и радиоколебания были синхронизированы друг с другом.

Черная дыра, пожирающая звезду, известна как событие приливного разрушения, потому что звезда разрушается приливными силами черной дыры – ее гравитационным притяжением. Когда это происходит, звезда не исчезает сразу за горизонтом событий черной дыры; ее расчлененные внутренности выбрасываются наружу и образуют диск, который вращается вокруг черной дыры и постепенно падает к ее горизонту.

Не весь материал звезды выпадает. Астрономы полагают, что некоторый материал ускоряется вдоль силовых линий магнитного поля к полюсам черной дыры, где он выбрасывается в космос с огромной силой, создавая огромные струи материала со скоростями, близкими к скорости света.

Аккреционный диск вокруг черной дыры испускает рентгеновское излучение; в то же время синхротронное ускорение струи создает радиосвет. Синхронные колебания обоих предполагают, что вся структура раскачивается, как волчок – эффект перетаскивания системы отсчета.

«Такая межполосная, высокоамплитудная и квазипериодическая синхронная изменчивость убедительно 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. Науки.

Модели совместно вихляющегося диска и струи дали аналогичные результаты, подтвердив, что такие объекты, как неуправляемая черная дыра LEDA 145386, могут стать лабораторией не только для изучения процессов аккреции и формирования джетов, но и для проверки самой общей теории относительности.

«Показав, что черная дыра может тянуть пространство-время и создавать этот эффект перетаскивания кадров, мы также начинаем понимать механику процесса», — Инсерра говорит.

«Итак, точно так же, как заряженный объект создает магнитное поле при вращении, мы видим, как массивный вращающийся объект — в данном случае черная дыра — генерирует гравитомагнитное поле, которое влияет на движение звезд и других космических объектов поблизости».

Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.