Приливное разрушение звёзд даёт возможность наблюдать релятивистский эффект

Американские астрофизики показали, что известный эффект Лензе — Тирринга (дополнительное искривление пространства-времени вблизи массивного тела за счёт его вращения) может проявляться при поглощении звезды чёрной дырой, которое сопровождается образованием аккреционного диска и джетов.

Двое астрофизиков из Гарвардского университета (США) показали, что известный релятивистский эффект Лензе — Тирринга может проявляться в процессе поглощения звёзд чёрными дырами.

Упомянутый эффект, описанный австрийцами Йозефом Лензе и Хансом Тиррингом, состоит в дополнительном искривлении пространства-времени вблизи массивного тела за счёт вращения последнего. Следствием искривления становится добавочное отклонение траекторий пробных масс, обращающихся вокруг такого тела. Измеряя эти поправки для спутников LAGEOS, учёные восемь лет назад оценили величину эффекта Лензе — Тирринга, а в прошлом году проверили полученные результаты, используя данные с более «молодого» зонда Gravity Probe B.

Американцы предлагают рассматривать в качестве массивного объекта уже не Землю, вокруг которой двигались LAGEOS и Gravity Probe B, а вращающиеся чёрные дыры. В случае встречи с ними (то есть при сближении на некое критическое расстояние) звёзды, как следует из теории, должны разрушаться, что приводит к образованию «врéменных» аккреционных дисков, которые, вообще говоря, не будут лежать в экваториальной плоскости чёрных дыр. На рисунке ниже угол между диском и экваториальной плоскостью, определяемый наклонением звёздной орбиты до разрушения, обозначен как β.

 

Геометрия процесса приливного разрушения звезды (иллюстрация из журнала Physical Review Letters).

 

По расчётам авторов, действие эффекта Лензе — Тирринга в описанной ситуации вызовет изменение направления вектора L_disk (вектора момента импульса аккреционного диска) со временем. Эта прецессия диска должна модулировать его наблюдаемую светимость с коэффициентом не менее cosψ, где ψ — угол между L_disk и линией наблюдения r_obs. В некоторых случаях такую модуляцию можно будет зарегистрировать. 
Впрочем, гораздо более заметным следствием эффекта может стать прецессия джетов — противоположно направленных струй вещества, зарождающихся у аккреционного диска. Условием, при котором это предположение выполняется, будет совмещение направлений узких релятивистских струй и L_disk.

 

Джеты, образующиеся при поглощении вещества звезды чёрной дырой (иллюстрация University of Warwick / Mark A. Garlick).

 

Один хороший пример приливного разрушения звезды — вспышка Sw 1644+57, зарегистрированная орбитальной обсерваторией Swift 28 марта прошлого года, — астрономам уже известен. Поскольку яркое рентгеновское излучение здесь сохранялось длительное время, можно заключить, что верно как минимум одно из следующих утверждений: плоскость орбиты светила практически идеально совпадала с экваториальной плоскостью сверхмассивной чёрной дыры, а джеты не были сонаправлены с осью вращения аккреционного диска. Вероятнее всего, в случае Sw 1644+57 джеты просто ориентировались вдоль стабильной оси вращения чёрной дыры. 

Полная версия отчёта опубликована в журнале Physical Review Letters; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.

Источник: Современная Космология.