Ett schema som visar stjärnornas rörelser runt det supermassiva svarta hålet i mitten av vår galax. Stjärnorna ligger i ett kantplan, och astronomer har använt denna begränsning för att dra slutsatsen att det svarta hålets spinn måste vara mindre än cirka 0,1. Kredit:Barker, Patterson, &Spivey; U. Ill. NCSA Advanced Visualization Laboratory
När ett svart hål bildas, dess intensiva gravitationsfält producerar en yta bortom vilken inte ens ljus kan fly, och det verkar svart för utomstående. Alla detaljer i den komplexa blandningen av materia och energi i dess förflutna går förlorade, lämnar det så enkelt att det helt kan beskrivas med bara tre parametrar:massa, snurra, och elektrisk laddning. Astronomer kan mäta massorna av svarta hål på ett relativt enkelt sätt genom att se hur materia rör sig i deras närhet (inklusive andra svarta hål) under påverkan av deras gravitationsfält.
Laddningarna av svarta hål tros vara obetydliga när positiva och negativa infallande laddningar är balanserade i antal. Svarta håls snurr är svåra att avgöra; typiskt sett bestäms de genom att tolka röntgenstrålningen från den varma inre kanten av ackretionsskivan runt det svarta hålet. Snurret kvantifieras med ett tal mellan noll och ett, och svarta håls snurr har mätts med resultat som sträcker sig från några tiondelar till nära det ena.
Vintergatans galax är värd för ett supermassivt svart hål (SMBH) i mitten, Skytten A*, med cirka fyra miljoner solmassor. På ett avstånd av omkring tjugosju tusen ljusår, det är i särklass det objekt som ligger oss närmast, och även om den inte är alls lika aktiv eller lysande som andra supermassiva galaktiska kärnor, dess relativa närhet ger astronomer en unik möjlighet att undersöka vad som händer nära "kanten" av ett massivt svart hål. Galactic Center SMBH är omgivet av en klunga av stjärnor och klumpar av svagt glödande material, och på senare år har astronomer kunnat driva tester av allmän relativitet till nya gränser genom att mäta och modellera rörelserna hos dessa klumpar när de svänger runt SMBH. Det svarta hålets spinn, dock, har inte fastställts på något konsekvent sätt, men dess värde skulle hjälpa till att begränsa modeller för möjlig jetaktivitet.
CfA-astronomerna Giacomo Fragione och Avi Loeb insåg att den rumsliga fördelningen av en grupp klusterobjekt, de så kallade S-stjärnorna, kan användas för att undersöka spinn. Det finns för närvarande ett fyrtiotal kända S-stjärnor som kretsar kring SMBH på så lite som 9,9 år, och nyare analyser hävdar att de tillsammans ligger i två nästan kant-på-skivor, med stjärnorna i varje skiva som roterar runt det svarta hålet men i motsatta riktningar. De två astronomerna insåg att denna ovanliga geometri kunde tillåta en uppskattning av spinn. En av de mer märkliga och icke-intuitiva förutsägelserna av relativitetsteori är att rymden inte bara förvrängs av gravitationen hos en massiv kropp, det är också skevt (men i mindre grad) av att en kropp snurrar. Detta är den så kallade "frame dragging-effekten, "ett litet och svårmätbart fenomen (som, dock, har bekräftats). De två astronomerna visar att i fallet med SgrA*, bilddragning kommer att ha en märkbar effekt på banorna för S-stjärnorna i dessa skivor. Genom att anta att S-stjärnornas omloppsplan är stabila över tid, de kan visa att spinn av SMBH i Vintergatan måste vara mindre än cirka 0,1.