Холодный газовый диск вокруг черной дыры в центре Млечного Пути

10 апреля 2019 года было представлено первое настоящее изображение черной дыры. Результат международного сотрудничества, это свидетельствует об усилиях, предпринимаемых астрофизиками, чтобы проникнуть в тайны Вселенной. После фотографии черной дыры M87* глаза и телескопы снова поворачиваются к Стрельцу A * (Sgr A *), сверхмассивной черной дыре, спрятанной в сердце Млечного Пути, примерно в тысячу раз ближе к Земле. Елена Мурчикова из Института перспективных исследований в Принстоне и ее команда впервые наблюдали за холодным газовым диском, окружающим эту сверхмассивную черную дыру.

Черная дыра нелегко наблюдается. Этот объект, описанный благодаря общей теории относительности, соответствует области, где пространство-время настолько сильно деформировано, что от него не ускользает ничто, даже свет. Поэтому, когда астрофизики изучают черную дыру, они изучают ее непосредственную окрестность, а именно ее аккреционный диск: агломерат газа и вещества на орбите, который нагревается и излучает под действием гравитационного напряжения и сил трения. Рентгеновские наблюдения американской команды в 2001 году показали наличие газового диска при температуре от 10 миллионов градусов до десятков световых лет от черной дыры. Однако Sgr A * не очень активен: он поглощает гораздо меньше материала, чем предполагает размер диска.

Поэтому ученые интересовались областью между черной дырой и диском, чтобы лучше понять поведение источника Sgr A *. Елена Мурчикова и ее коллеги снова обследовали центр галактики с помощью радиотелескопа Alma (Большой миллиметровый / субмиллиметровый массив Atacama). Они обнаружили газовый диск «холодный» - для сравнения, для всех же от нескольких сотен до десяти тысяч градусов. Они получили первое изображение холодного газового диска с массой от одной сотой до одной десятой массы Юпитера, всего в 0,025 световых лет от черной дыры (в 40 раз больше расстояния от Земли до Солнца)! Более того, их работа впервые показывает вращение диска с помощью эффекта Доплера (частота принимаемых волн варьируется в зависимости от движения источника). Все эти результаты, подтверждаемые другими наблюдениями, обогащают наше понимание сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, но также и черных дыр в целом.

Другие исследователи изучают множество проблем, которые возникают с аккреционным диском черной дыры. Мэтью Лиска из Университета Амстердама и его коллеги разработали симуляцию очень тонкого аккреционного диска и, следовательно, более реалистичную, чем предыдущие, с использованием толстых дисков. Их моделирование, релятивистское и магнитогидродинамическое (динамика проводящей жидкости в электромагнитном поле), учитывает все элементы, взаимодействующие с диском. «Цифровые ограничения затрудняют моделирование таких тонких дисков при решении проблем турбулентных транспортных механизмов внутри диска. Это очень красивый симулятор, настоящий подвиг », - говорит Гийом Дубус из Института планетологии и астрофизики Гренобля.

Эта производительность показывает, что даже если аккреционный диск не обязательно образуется в плоскости, перпендикулярной оси вращения черной дыры, внутренняя часть диска очень быстро выравнивается с черной дырой из-за воздействия обучение предсказывается общей теорией относительности. Этот эффект, по словам Бардина-Петтерсона, был теоретически предсказан более 40 лет назад, но его никогда нельзя было выделить при моделировании. Это сделано сейчас.