Сверхмассивные черные дыры — монстры в миллиарды раз тяжелее Солнца, пожирающие все вокруг себя, включая свет, — трудно изучать, поскольку никакая информация не может вырваться наружу. Теоретически существует очень мало свойств, которые мы можем даже надеяться измерить. Одно из свойств, которое можно было бы наблюдать, — это спин, но из-за трудностей, связанных с этим, прямых наблюдений спина черных дыр не проводилось.

В поисках доказательств спина черной дыры международная группа специалистов проанализировала данные наблюдений за галактикой M87 за более чем два десятилетия. В этой галактике, расположенной на расстоянии 55 млн световых лет от нас в направлении созвездия Девы, находится черная дыра, в 6,5 млрд раз более массивная, чем Солнце, — та самая черная дыра, которая дала первое изображение тени черной дыры, полученное телескопом Event Horizon Telescope (EHT) в 2019 году. Известно, что сверхмассивная черная дыра M87 имеет аккреционный диск, который подает вещество в черную дыру, и джет, в котором вещество выбрасывается из окрестностей черной дыры со скоростью, близкой к скорости света.

Группа проанализировала данные за 170 временных интервалов, собранные Восточно-Азиатской сетью VLBI (EAVN), Массивом очень длинных базовых линий (VLBA), объединенным массивом КВН и VERA (KaVA), а также сетью VLBI East Asia to Italy Nearly Global (EATING). В общей сложности в исследовании приняли участие более 20 радиотелескопов по всему миру.

Результаты показывают, что гравитационное взаимодействие между аккреционным диском и вращением черной дыры приводит к колебаниям основания струи, или прецессии, подобно тому, как гравитационное взаимодействие в Солнечной системе приводит к прецессии Земли. Команда успешно связала динамику струи с центральной сверхмассивной черной дырой, предоставив прямое доказательство того, что черная дыра действительно вращается. Направление струи изменяется примерно на 10 градусов с периодом прецессии 11 лет, что согласуется с теоретическим моделированием на суперкомпьютере ATERUI II в Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ).

Мы очень рады этому важному открытию, — говорит Южу Цуй, ведущий автор статьи, в которой подводятся итоги исследований, начатых ею в качестве аспирантки в NAOJ, а затем перешедших в Чжэцзянскую лабораторию в качестве постдокторского исследователя.

Поскольку смещение между черной дырой и диском относительно невелико, а период прецессии составляет около 11 лет, накопление данных высокого разрешения о структуре M87 в течение двух десятилетий и их тщательный анализ являются необходимыми условиями для получения этого достижения.

«После успешной визуализации черной дыры в этой галактике с помощью EHT, вопрос о том, вращается ли эта черная дыра или нет, стал главным для ученых», — поясняет д-р Казухиро Хада из NAOJ. „Теперь ожидание переросло в уверенность. Эта чудовищная черная дыра действительно вращается“.

Это захватывающая научная веха, которая, наконец, была обнаружена в результате многолетних совместных наблюдений международной группы исследователей из 45 институтов по всему миру, работавших как единое целое, — заключает доктор Мотоки Кино из Университета Когакуин, координатор научной рабочей группы Восточно-Азиатской сети VLBI по активным галактическим ядрам.

Наши данные наблюдений, красиво подогнанные под простую синусоидальную кривую, дают нам новые достижения в понимании системы черной дыры и струи.