Astronomer har hittat de första direkta bevisen för att ett svart hål roterar, vilket återigen bekräftar Einsteins relativitetsteori. Upptäckten gjordes genom att studera de kraftfulla energistrålarna som sänds ut av ett svart hål lika stort som solsystemet i mitten av den närliggande galaxen Messier 87. Detta svarta hål, som heter M87, är det mest studerade hittills och det första att vara direktbildad 2019.
Astrofysiker har länge förutspått att svarta hål roterar, men fram tills nu har komplexiteten i att visualisera rymdmonster gjort det svårt att få bevis. Forskarna publicerade sina resultat den 27 september i tidskriften Nature.
"Efter att ha lyckats avbilda ett svart hål i denna galax med Event Horizon-teleskopet (EHT), frågan om huruvida detta svarta hål roterar eller inte har blivit ett stort problem för forskare, säger Kazuhiro Hada, en astronom vid National Astronomical Observatory of Japan, i ett uttalande. ”Nu har förväntningarna förvandlats till förtroende. Det här gigantiska svarta hålet snurrar verkligen."
Svarta hål har en så kraftig gravitationskraft att ingenting (inte ens ljus) kan fly från deras mun, men det betyder inte att de inte kan ses. Det beror på att aktiva svarta hål är omgivna av ackretionsskivor - enorma plymer av material slitna från gasmoln och stjärnor som värms upp till glödheta temperaturer genom friktion när de spirar in i det svarta hålets mun.
En del av detta material sprutas ut och bildar två strålar av hett material som rör sig med 99,9 % av ljusets hastighet ungefär en tiondel av tiden. Hur svarta håls jetstrålar får den massiva energin de behöver för att göra detta förblir ett mysterium, men fysiker använde Einsteins allmänna relativitetsteori för att antyda att materialet skulle kunna få det från rymdmonstrens magnetfält om de snurrar snabbt runt sina axlar.
Svarta hål fick troligen en del av sin spinn från sina tidigaste dagar som stjärnor som, när de plötsligt kollapsade inåt, blev som skridskoåkare som sträckte ut armarna för att snurra snabbare. Med tiden växte denna rotation förmodligen snabbare på grund av effekten av inflödet av materia från stjärnor som slitits isär av svarta hål eller från katastrofala kollisioner med andra massiva föremål.
På jakt efter en förklaring till denna svårfångade rotation vände sig astronomer till det supermassiva svarta hålet M87, ett enormt gap i rum-tid som använder sin massa (6,5 miljarder gånger solens) för att dra en hel galax mot sig själv.
Genom att studera M87* med ett globalt nätverk av radioteleskop från 2000 till 2022 fann astronomer att det svarta hålets jetstrålar tickade fram och tillbaka som en metronom som markerar en 11-årscykel. Detta visade att det svarta hålet precesserar, eller vinglar, på sin axel när det snurrar, som en snurra.
"Vi är exalterade över denna viktiga upptäckt," sade huvudstudieförfattaren Cui Yuzhu, en astronom vid Zhejiang-laboratoriet i Hangzhou, Kina, i ett uttalande. "Eftersom separationen mellan det svarta hålet och skivan är relativt liten och precessionsperioden är cirka 11 år, är ackumuleringen av högupplösta data som spårar strukturen hos M87 under två decennier och noggrann analys avgörande för att uppnå denna prestation."
Förutom ytterligare en bekräftelse på Einsteins teori väcker upptäckten av ett svart håls spinn en rad intressanta frågor. Bland dem finns de som är relaterade till vilka katastrofala händelser som kunde ha orsakat den snabba rotationen, såväl som möjligheten att upptäcka fotonsfärer - en svag ring av ljus som omger ett svart hål som kan ge viktiga ledtrådar till teorin om kvantgravitation.
Läs också: