아인슈타인이 틀리지 않는 한 블랙홀은 질량, 스핀 및 전하의 세 가지 속성으로 정의됩니다. 블랙홀에 의해 포착된 물질은 전기적으로 중성이므로 블랙홀의 전하는 거의 0이어야 합니다. 블랙홀의 질량은 블랙홀의 크기를 결정합니다. 중대한 전환점, 주변 물질의 밝기에서 가까운 별의 궤도 운동에 이르기까지 여러 가지 방법으로 측정할 수 있습니다. 블랙홀의 회전은 연구하기가 훨씬 더 어렵습니다.
블랙홀의 X선이 스핀을 알려주는 방법. 크레딧: NASA/JPL-Caltech
블랙홀의 회전은 기본적으로 회전입니다. 별과 행성이 축을 중심으로 회전하는 것처럼 블랙홀도 회전합니다. 차이점은 블랙홀에는 별이나 행성과 같은 물리적 표면이 없다는 것입니다. 블랙홀 스핀은 질량과 마찬가지로 시공간의 속성입니다. 스핀은 블랙홀 주변의 공간이 어떻게 휘어지는지를 결정합니다. 블랙홀의 회전을 측정하려면 블랙홀 근처에서 물질이 어떻게 행동하는지 연구해야 합니다.
일부 초대질량 블랙홀의 회전이 측정되었습니다. 몇 개의 활성 블랙홀을 통해 우리는 강착 디스크에서 방출되는 X선을 연구할 수 있습니다. 디스크에서 나오는 X선 빛은 회전으로 인한 에너지 부스트를 받고 이 부스트를 측정하여 스핀을 결정할 수 있습니다. 또 다른 방법은 M87의 중심에 있는 것과 같이 블랙홀을 직접 촬영하는 것입니다. 우리가 보는 빛의 고리는 우리를 향해 회전하는 쪽이 더 밝습니다.
블랙홀 스핀 때문에 한 쪽이 더 밝습니다. 크레딧: EHT 협업
그러나 우리은하에서 가장 가까운 초대질량 블랙홀의 회전을 모릅니다. 우리의 블랙홀은 그다지 활동적이지 않으며 M87에 있는 것보다 훨씬 작습니다. 우리는 근처의 빛을 관찰하여 그 회전을 측정할 수 없습니다. 그러나 새로운 논문에서천체 물리학 저널 편지스핀을 측정하는 또 다른 방법이 있다고 주장합니다.
그들의 방법은 프레임 드래그로 알려진 속성을 사용합니다. 질량이 회전할 때 질량 주위의 공간이 약간 비틀립니다. 우리는 그것이 진짜라는 것을 압니다. 왜냐하면 우리는 지구 자전의 프레임 드래그 효과를 측정했습니다. 블랙홀의 회전은 같은 종류의 프레임 끌기를 생성하고 이를 측정하여 블랙홀의 회전을 결정할 수 있습니다. 우리는 지구에서 했던 것처럼 블랙홀 주위의 궤도에 탐사선을 놓을 수 없지만 차선책을 사용할 수는 있습니다.
우리 은하의 블랙홀 주위를 도는 S성단. 크레딧: NCSA, UCLA/Keck
수백 개의 별이 우리 은하의 중심에 있는 블랙홀을 돌고 있습니다. S성으로 알려진 이들 중 약 40개는 블랙홀에 가까이 접근하는 궤도를 가지고 있습니다. 시간이 지남에 따라 그들의 궤도는 프레임 끌기 효과에 의해 이동됩니다. 이러한 이동을 측정할 수 있다면 스핀을 측정할 수 있습니다. 스핀이 클수록 궤도 이동도 커집니다.
이 새로운 작업에서 팀은 S-별의 궤도를 연구했으며 프레임 드래그 시프트를 발견하지 못했습니다. 우리가 이 별들의 궤도를 얼마나 잘 알고 있는지를 감안할 때, 우리 은하의 중심에 있는 블랙홀이 천천히 회전하고 있음을 압니다. 팀은 스핀이 0에서 1까지의 척도에서 0.1을 넘을 수 없다고 결정했습니다. 즉, 블랙홀에 대해 가능한 최대 스핀의 10% 미만을 회전하고 있음을 의미합니다. 대조적으로, M87의 블랙홀의 스핀은 최소 0.4입니다.
참조:Fragione, Giacomo 및 Abraham Loeb. ' 주변의 항성 궤도에 기반한 SgrA*의 회전 상한선 . '천체 물리학 저널 편지901.2(2020): L32.
참조:네멘, 로드리고. ' M87의 스핀* . '천체 물리학 저널 편지880.2(2019): L26.