Астрономы Массачусетского технологического института, НАСА и других организаций впервые измерили сверхбыстрое вращение сверхмассивной черной дыры, наблюдая за тем, как она искривляет пространство вокруг себя. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Метод основан на приливном разрушении, когда приблизившаяся к черной дыре звезда разрывается на части. Примерно одна половина массы звезды уносится с космическим ветром, а другая образует чрезвычайно горячий аккреционный диск. Ученые показали, что колебания (прецессия) диска, которые можно отследить по рентгеновским вспышкам, связаны с вращением черной дыры.
В феврале 2020 года ученые обнаружили AT2020ocn, яркую вспышку, исходящую из галактики на расстоянии около миллиарда световых лет от Земли. Она произошла в первые мгновения после события приливного разрушения. Наблюдения были проведены с помощью рентгеновского телескопа НАСА NICER в течение 200 дней после вспышки. Были зафиксированы рентгеновские лучи, которые достигали пика каждые 15 дней в течение нескольких циклов, прежде чем исчезнуть.
Вращение черной дыры искривляет окружающее ее пространства-время, в результате чего у тел, перемещающихся в гравитационном поле, появляются дополнительные ускорения. Этот эффект, предсказываемой общей теорией относительности, известен под названием увлечения инерциальных систем отсчета или эффект Лензе-Тирринга. Его наблюдение у черных дыр затруднено из-за того, что эти объекты не излучают света, однако он может быть заметен, если присутствует аккреционный диск.
Астрономы отследили, как колебания диска менялись с течением времени, а затем включили полученные данные в теорию прецессии Лензе-Тирринга. Основываясь на оценке массы черной дыры и разрушенной звезды, ученые выяснили, что черная дыра вращалась со скоростью менее 25 процентов скорости света, что относительно медленно по сравнению с другими черными дырами.