Космос дернулся, и учёные увидели невозможное: черная дыра раскрыла скрытый механизм пространства-времени

Вращение черной дыры искривило пространство-время в реальном событии — учёные

Мир астрофизики пополнился редким наблюдением, которое ранее существовало лишь в теоретических выкладках Эйнштейна. Международной команде исследователей удалось зафиксировать, как вращение сверхмассивной черной дыры искривляет пространство-время, создавая эффект прецессии, о котором ученые спорили десятилетиями. Это событие стало возможным благодаря одновременному анализу данных от космических и наземных обсерваторий и открыло путь к более глубокому пониманию динамики экстремальных объектов во Вселенной. Об этом сообщает Наука Mail. ru.

Как наблюдение прецессии изменило представление о поведении черных дыр

Черные дыры давно считаются уникальными объектами, где гравитация достигает пределов, недоступных обычной физике. Теории Эйнштейна предсказывали, что вращение таких объектов должно искривлять окружающее пространство-время, создавая прецессию движения материи. Однако прямых наблюдений этого эффекта до сих пор не было. Новая работа, опубликованная в журнале Science Advances, стала первой, подтвердившей прецессию Лензе-Тирринга в данных реального астрономического события.

Объектом исследования стало редкое явление — разрушение звезды сверхмассивной черной дырой. Подобные события называют приливными разрушениями звёзд, и они сопровождаются мощными выбросами энергии. В случае AT2020afhd дыра разорвала звезду, захватив часть вещества и сформировав диск из обломков. Из этого диска под воздействием экстремальных магнитных и гравитационных процессов вырвались струи вещества, движущиеся почти со скоростью света.

Ученые заметили, что как сам диск, так и струи демонстрировали регулярные колебания на протяжении 20 суток. Такая синхронность является одним из ключевых признаков гравитационной прецессии. Она возникает тогда, когда вращающееся массивное тело — в данном случае черная дыра — буквально «увлекает» пространство-время вокруг себя, заставляя материю двигаться по смещенным траекториям. Аналогично тому, как орбитальные процессы влияют на динамику звёздных систем, современные наблюдения показывают, что кислородные импульсы кембрия следовали орбитальным циклам, подтверждая роль гравитационных ритмов в эволюционных и астрофизических явлениях.

Этот эффект, предсказанный в рамках общей теории относительности, долгое время оставался недоступным для наблюдений из-за сложности регистрации изменений геометрии пространства-времени на больших расстояниях. Но сочетание оптических, рентгеновских и радиодиапазонных данных позволило увидеть то, что ранее можно было измерять лишь косвенно.

Как ученые исследовали событие AT2020afhd

Работа стала возможной благодаря объединению данных двух обсерваторий: космического телескопа Swift и радиотелескопа Very Large Array. Такой подход позволил проследить динамику процесса практически в реальном времени, анализируя изменения в яркости, направлении и структуре излучений. Эти наблюдения стали основой для физической модели, объясняющей движение материи вокруг черной дыры.

Исследователи смоделировали поведение диска и струй, учитывая вращение объекта, массу, параметры магнитного поля и скорость падения вещества. Полученные данные указывали на периодические смещения, которые невозможно объяснить только движением материи или нестабильностью самого диска. Единственным объяснением стало именно искривление пространства-времени, вызванное вращением черной дыры.

Особенность события AT2020afhd заключается в его ясности: колебания были достаточно регулярными, чтобы создать убедительную картину динамики. Наблюдения подтвердили, что черная дыра воздействует не только на материю, втягивая ее в диск или выбрасывая в виде струй, но и на фундаментальные свойства пространства, в котором эта материя движется. Это делает событие уникальным примером прямого подтверждения теоретической физики, созданной более века назад. Сравнимым по значимости стало и исследование, в котором удалось зафиксировать, как атомарный кислород проявляется в воде, открывая новые аспекты взаимодействия вещества и энергии в экстремальных условиях.

Дополнительным достижением стало то, что учёные получили возможность оценить параметры вращения черной дыры — величину спина, который играет ключевую роль в определении поведения струй и геометрии диска. Такие данные в будущем помогут точнее моделировать эволюцию галактик и взаимодействие сверхмассивных объектов с окружающим пространством.

Что открытие говорит о природе черных дыр

Прецессия Лензе-Тирринга — один из важнейших эффектов в общей теории относительности, показывающий, что массивное вращающееся тело способно буквально "скручивать" ткань пространства. Это явление проявляется вблизи нейтронных звёзд, быстро вращающихся белых карликов и, конечно, черных дыр. Однако именно в окрестности черной дыры эффект достигает максимальной силы, поскольку гравитация там экстремальна.

Наблюдение AT2020afhd подтверждает, что вращающиеся черные дыры формируют крайне сложные динамические структуры. Пространство-время рядом с ними не является неподвижным — оно участвует в движении, влияя на направление струй и поведение частиц в аккреционных дисках. Таким образом, наблюдение прецессии становится важным инструментом изучения спинов черных дыр и механизмов выброса струй.

Открытие также позволяет лучше понять, как сверхмассивные черные дыры взаимодействуют с галактической средой. Струи, выбрасываемые из их окрестностей, могут простираться на тысячи световых лет, влиять на формирование звезд и перераспределение материи. Понимание их направления и стабильности важно для построения моделей развития галактик.

Сравнение: теоретическая прецессия и наблюдаемая в AT2020afhd

Теоретическая прецессия описывалась как следствие вращения масс в искривленном пространстве — наблюдаемое явление подтвердило модель Эйнштейна.
В теории движение материи должно было испытывать регулярные колебания — именно такие изменения были зафиксированы в течение 20 дней.
Ранее эффект фиксировался лишь вблизи менее массивных объектов — AT2020afhd стал первым прямым наблюдением у сверхмассивной черной дыры.
Теория предсказывала влияние на направление струй — анализ данных подтверждает эту зависимость.
Моделирование на основе реальных наблюдений впервые позволило оценить геометрию искривления пространства-времени в динамике.

Плюсы и минусы современных методов наблюдения черных дыр

Современная астрономия использует высокотехнологичные инструменты, позволяющие изучать объекты, которые невозможно наблюдать напрямую. Тем не менее каждый метод имеет свои преимущества и ограничения.

Преимущества:

возможность получать данные из разных диапазонов — оптического, рентгеновского и радиодиапазона;
высокая точность инструментов, позволяющая фиксировать слабые колебания излучения;
возможность моделировать динамику процессов в реальном времени;
применение многокомпонентных наблюдательных сетей;
получение данных о параметрах вращения и структуре аккреционных дисков.

Ограничения:

необходимость синхронизации данных разных обсерваторий;
ограниченность временных интервалов наблюдения;
зависимость качества анализа от мощности телескопов;
сложность интерпретации из-за множества физических факторов;
невозможность прямого наблюдения самой черной дыры.

Советы по пониманию процессов около черных дыр

Учитывайте влияние спина — скорость вращения черной дыры определяет геометрию искривления пространства-времени.
Опирайтесь на комплексные данные — радиодиапазон, рентген и оптика дают разную информацию о процессе.
Учтите, что струи формируются под воздействием магнитных полей, но их направление зависит от искривления пространства.
Изучайте длительность и регулярность колебаний излучения — они могут указывать на прецессию.
Используйте модели, основанные на общей теории относительности, чтобы интерпретировать динамику наблюдаемых объектов.