سیاهچاله کهکشان راه‌شیری، با بیشترین سرعت ممکن در حال چرخش است!

هر جسمی در کیهان را که در نظر بگیرید، احتمالاً در حال چرخش است. سیارک‌ها از انتها غلت می‌زنند، سیارات و قمرها روی محورهای خود می‌چرخند و حتی سیاهچاله‌ها در حال چرخش هستند؛ برای هر چیزی که می‌چرخد، حداکثر سرعتی وجود دارد و سیاهچاله کهکشان ما نیز تقریباً با حداکثر سرعت در حال چرخش است.

برای اجرامی مانند زمین، حداکثر سرعت چرخش با گرانش سطح آن تعریف می‌شود. وزنی که هنگام ایستادن روی زمین احساس می‌کنیم فقط به دلیل کشش گرانشی زمین نیست. گرانش ما را به سمت مرکز جهان می‌کشاند، اما چرخش زمین تمایل دارد ما را به سمت بیرون از زمین دور کند. این نیروی «گریز از مرکز» ناچیز است، اما به این معنی است که وزن شما در استوا کمی کمتر از همان وزن در قطب شمال یا جنوب است.

با 24 ساعت شبانه روز ما، تفاوت وزن بین استوا و قطب فقط 0.3٪ است. اما 10 ساعت روز زحل به این معنی است که این تفاوت 19٪ است، آنقدر که زحل در خط استوای خود کمی به سمت بیرون خم می‌شود. حالا تصور کنید سیاره‌ای به قدری سریع بچرخد که این اختلاف 100 درصد باشد. در آن نقطه، کشش گرانشی سیاره و نیروی گریز از مرکز در خط استوا خنثی می‌شود. اگر قرار بود جهان سریعتر بچرخد، از هم می‌پاشید و احتمالاً اگر کندتر می‌چرخید از هم جدا می‌شد، اما این سرعت فعلی، به وضوح حداکثر سرعت چرخش است.

برای سیاهچاله‌ها اما، اوضاع کمی متفاوت است. سیاهچاله‌ها اجسامی با سطح فیزیکی نیستند. آنها از موادی ساخته نشده‌اند که از هم جدا شوند. اما آنها نیز همچنان دارای حداکثر سرعت چرخش هستند. سیاهچاله‌ها با گرانش فوق‌العاده‌شان تعریف می‌شوند که این ویژگی فضا و زمان اطرافشان را مخدوش می‌کند. افق رویداد سیاهچاله، نقطه بدون بازگشت را برای اجرام مجاور مشخص می‌کند، اما این نقطه یک سطح فیزیکی نیست.

چرخش یک سیاهچاله نیز با چرخش جرم فیزیکی تعریف نمی‌شود، بلکه با چرخش فضا-زمان به دور سیاهچاله مشخص می‌شود. هنگامی که اجسامی مانند زمین می‌چرخند، فضای اطراف خود را به میزان بسیار کمی می‌پیچند، این اثری است که به عنوان «کشش چارچوب» یا «Frame Dragging» شناخته می‌شود.

چرخش یک سیاهچاله با این اثر «کشش چارچوب» تعریف می‌شود. سیاهچاله‌ها بدون چرخش فیزیکی ماده می‌چرخند که فقط یک ساختار فضا-زمان پیچیده است. این بدان معناست که به دلیل ویژگی‌های ذاتی فضا و زمان، حد بالایی برای این چرخش وجود دارد.

در معادلات نسبیت عام انیشتین، چرخش یک سیاهچاله با کمیتی به نام a اندازه‌گیری می‌شود که a باید بین صفر و یک باشد. اگر سیاهچاله بدون چرخش باشد، a = 0، و اگر در حداکثر چرخش خود باشد، a = 1 می‌شود.

تیم محقق با نگاهی که به مشاهدات رادیویی و اشعه ایکس سیاهچاله داشت تا چرخش آن را تخمین بزند توانست به مطالعات جدیدی در مورد چرخش «سیاهچاله کلان جرم» در کهکشان ما، دست یابد. به دلیل «کشش چارچوب» فضا-زمان در نزدیکی سیاهچاله، طیف نور از مواد نزدیک به آن مخدوش می‌شود. با مشاهده شدت نور در طول موج‌های مختلف، این تیم توانست میزان چرخش را تخمین بزند.

چیزی که آنها دریافتند این بود که مقدارa در سیاهچاله ما بین 0.84 و 0.96 است، در واقع در محدوده بالایی چرخش تخمین زده شده، تقریباً با حداکثر سرعت در حال چرخش است و به این معنی است که به طرز باورنکردنی سریع می‌چرخد. این سرعت حتی بالاتر از پارامتر چرخش سیاهچاله در M87 است، جایی که a بین 0.89 و 0.91 تخمین زده می‌شود.