У Всесвіті обертання — явище вельми розповсюджене. Галактики, зірки, планети, астероїди — все, що ми можемо уявити, обертається навколо своїх осей. Ця, здавалося б, незмінна характеристика стосується навіть чорних дір. Але не все так просто.
Кожен матеріальний об’єкт у Всесвіті має свою максимальну швидкість обертання. Вона не лише визначає, як швидко може рухатись цей об’єкт, але й впливає на його структуру та фізичні властивості. Наприклад, завдяки високій та стабільній швидкості обертання пульсари є своєрідними космічними маяками, що стали зручним інструментом для навігації. Але все стає особливо цікавим, коли справа доходить до обертання чорних дір.
Максимальна швидкість обертання
Розглянемо, як це діє на прикладі нашої планети. Гравітація тягне нас до її центру, але саме обертання Землі має тенденцію «відкидати» нас від неї, створюючи так звану відцентрову силу. Ця сила дуже слабка, але навіть вона впливає на нашу вагу: на екваторі вона трохи менша, ніж на полюсах, і ця різниця становить 0,3%.
Але порівняймо це з Сатурном. На цьому газовому гіганті доба триває всього 10 годин, тому різниця у силі тяжіння між її екватором і полюсом становить неймовірні 19%. Планета буквально стискається з полюсів через свою високу швидкість обертання.
А що, якби існувала планета, яка обертається настільки швидко, що різниця сили тяжіння на екваторі та полюсі дорівнювала би 100%? У цьому випадку гравітація та відцентрова сила зрівнялися б, і цю планету буквально розірвало би на шматки.
Обертання чорних дір
Ця концепція максимальної швидкості обертання має важливе значення, коли йдеться про чорні діри. Вони відрізняються від звичайних об’єктів, оскільки не мають фізичної поверхні, проте все одно мають свою максимальну швидкість обертання. Чорні діри характеризуються гігантською гравітацією, що викривляє простір і час навколо них. Горизонт подій чорної діри визначає точку неповернення для всього, що перетинає його, але це не фізична поверхня.
Обертання чорної діри обумовлене не рухом її фізичної маси, а викривленням простору-часу. Навіть коли об’єкти, подібні до Землі, обертаються, вони лише незначно впливають на простір навколо себе — це відомо як ефект frame-dragging. Саме цей ефект визначає «поведінку» чорних дір. Величину їхнього обертового моменту вимірюють переметром a, що може варіюватися від 0 до 1 в рівняннях Загальної теорії відносності Ейнштейна. Якщо чорна діра не обертається, то a=0, в інших випадках воно може досягати значень, близьких до 1.
Вимірювання швидкостей
Нещодавно було проведено дослідження обертання надмасивної чорної діри в нашій Галактиці. Для цього вчені досліджували її спостереження в рентгенівському та радіодіапазоні.
Завдяки викривленню простору-часу в найближчій околиці чорної діри спектри випромінювання об’єктів, що перебувають близько неї, змінюються. Шляхом аналізу інтенсивності світла на різних довжинах хвиль команда вчених встановила, що величина a для чорної діри Стрілець А* лежить у межах від 0,84 до 0,96. Це свідчить про те, що вона обертається неймовірно швидко, наближаючись до максимальної можливої фізичної швидкості обертання.
Отримане значення може навіть перевищувати спіновий параметр чорної діри M87*, що оцінюється в діапазоні між 0,89 і 0,91. Дослідження допомагає розкрити природу та властивості чорних дір, які лишаються однією з найбільших загадок Всесвіту.
Раніше ми розповідали про те, що таке чорні діри та як вони виникають.
За матеріалами sciencealert.com
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine
