Знамените кільце навколо надмасивної чорної діри M87* — не просто красива картинка. Нерівномірність його яскравості допомогла вченим оцінити, наскільки швидко обертається сама чорна діра. Результати опубліковано у The Astrophysical Journal.
M87* — чорна діра масою 6,5 мільярда сонячних мас у центрі галактики M87, за 55 мільйонів світлових років від нас. У 2019 році EHT (Event Horizon Telescope) зробив її перший знімок: яскраве асиметричне кільце — тінь чорної діри на тлі розпеченої плазми акреційного диска.
Команда проаналізувала три епохи спостережень — 2017, 2018 та 2021 роки — і порівняла розподіл яскравості кільця з бібліотекою симуляцій. Моделі будувались у рамках загальної теорії відносності з магнітогідродинамікою (GRMHD) для різних значень спіну чорної діри.
Головний результат: для моделей із сильним магнітним полем (MAD) дані трьох епох виключають дуже повільне обертання — |a*| ≲ 0,2 (де 0 = нерухома, 1 = максимальний спін). Простіше кажучи, M87* обертається, і досить помітно. Це узгоджується з механізмом Бленфорда—Знайєка, який пояснює потужний релятивістський джет M87 саме енергією обертання чорної діри.
Асиметрія кільця виникає через складну взаємодію доплерівського підсилення, гравітаційного лінзування та ефектів закручування простору-часу — і все це залежить від спіну. Турбулентність плазми змушує яскраву пляму «блукати» по кільцю, але статистичний розподіл цих флуктуацій — як відбиток пальця, унікальний для кожного значення спіну.
Дослідники також показали, як майбутні спостереження зможуть значно звузити обмеження на спін і, можливо, відрізнити різні механізми запуску джетів та сценарії росту чорних дір.