Огромная мощность черных дыр раскрыта: ученые впервые выполнили точные измерения далекого космического объекта. Используя радиотелескоп, сканирующий всю планету, исследователи зафиксировали «танцующие джеты», вырывающиеся из черной дыры на расстоянии 7000 световых лет от Земли.
Эти джеты высвобождают энергию, эквивалентную мощности 10 000 солнц, и движутся со скоростью 150 000 км/с — почти половина скорости света. Однако эти ужасающие фонтаны перегретой материи используют лишь около 10% энергии, поглощаемой черной дырой в процессе питания.
Эти невероятные открытия были сделаны в двойной системе под названием Лебедь X-1, где обитают сверхмассивная звезда и черная дыра. Сверхмассивная звезда создает огромные звездные ветры, выбрасывая каждую секунду в 100 миллионов раз больше массы, чем наше Солнце, со скоростями в 3–4 раза выше. Эти ветры настолько мощные, что искривляют джеты примерно на два градуса, подобно тому, как ветер хлещет воду, вырывающуюся из фонтана.
Соавтор исследования профессор Джеймс Миллер-Джонс из Университета Кертина рассказал Daily Mail: «Поскольку мы знаем силу ветра от звезды, мы знаем, какую силу он создает на джете. Это позволяет нам вычислить, насколько мощным является джет».
Черные дыры — одни из самых странных объектов во всей Вселенной, содержащие настолько плотную материю, что даже свет не может преодолеть их гравитационное притяжение. Однако, хотя эти сверхплотные объекты поглощают свет, они также создают впечатляющий выброс энергии в виде джетов. По мере того как материя втягивается внутрь, она вращается вокруг черной дыры, как вода, кружащаяся в сливном отверстии, разгоняясь до скоростей, приближающихся к скорости света.
Профессор Миллер-Джонс объясняет: «Когда материя по спирали движется к черной дыре, она увлекает за собой магнитные поля, и по мере того, как эти магнитные силовые линии закручиваются, они помогают запустить джет». Джеты от самых больших черных дыр могут простираться на несколько световых лет от черной дыры, накачивая огромное количество энергии в окружающую область.
Понимание того, насколько мощными на самом деле являются эти джеты, крайне важно, если вы хотите выяснить, насколько быстро черная дыра на самом деле питается и растет. Ученые могут определить, как быстро она поглощает материю, измеряя рентгеновские лучи, испускаемые падающей материей, но им также необходимо знать, сколько материи выбрасывается в джетах. В совокупности эти измерения дают астрономам «энергетический бюджет» черной дыры, который, по словам профессора Миллера-Джонса, «похож на подсчет калорий, только для черной дыры».
Проблема в том, что ученые до сих пор могли измерять только среднюю энергию, поступающую в джеты, за десятки тысяч лет. Это делается путем наблюдения за тем, как джеты надувают пузыри в окружающих газах, но это не самый надежный метод. «Мы не можем точно сравнить это со скоростью питания черной дыры по рентгеновским лучам, поскольку у нас нет измерений того, как быстро она питалась тысячи лет назад», — говорит профессор Миллер-Джонс. «Это новое измерение наконец позволяет нам точно определить, какая доля энергии, доступной от падающей материи, может быть направлена в джеты».
Это отличная новость для астрономов, поскольку наши лучшие теории о том, как работают черные дыры, предполагают, что физика должна быть одинаковой независимо от размера черной дыры. Это означает, что одно точное измерение может стать «якорем» для будущих исследований черных дыр, будь они «в пять или пять миллиардов раз больше массы Солнца». В свою очередь, это открытие должно помочь астрономам лучше понять, как Вселенная в целом достигла своего нынешнего состояния.
Джеты от сверхмассивных черных дыр играют ключевую роль в определении того, как формируются планеты, звезды и галактики. В некоторых случаях джеты черных дыр могут даже надувать пузыри газа, превышающие размеры самой галактики, оказывая глубокое влияние на эволюцию галактики. Ведущий автор исследования доктор Стив Раджу Прабху из Оксфордского университета рассказал Daily Mail: «Этот процесс, известный как „обратная связь“, играет решающую роль в регулировании того, как галактики растут и развиваются. В крупномасштабных симуляциях Вселенной ученым приходилось предполагать, насколько эффективно черные дыры преобразуют падающую энергию в джеты. Наш результат дает первое прямое наблюдательное измерение этой эффективности, обеспечивая этим симуляциям гораздо более прочную наблюдательную основу».
Открытие исследователей из Университета Кертина и Оксфордского университета открывает новую главу в понимании того, как черные дыры взаимодействуют с окружающей средой. Измеренная эффективность конверсии энергии — всего 10% — оказалась неожиданно низкой даже для самих ученых. «Мы предполагали, что этот показатель может быть выше, особенно учитывая колоссальные скорости и температуру плазмы в джетах», — признается профессор Миллер-Джонс. «Но теперь мы понимаем, что большая часть энергии уходит на разогрев окружающего газа или уходит в неизвестные нам формы излучения».
Особый интерес вызывает механизм искривления джетов звездным ветром. Компьютерное моделирование, проведенное командой, показало, что угол отклонения в два градуса может варьироваться в зависимости от цикла активности звезды-компаньона. Когда звезда становится более турбулентной, давление ветра усиливается, и джеты начинают «танцевать» более хаотично — это явление исследователи метко назвали «эффектом космического вихляния». «Это похоже на то, как если бы вы попытались направить струю из садового шланга во время урагана», — образно пояснил доктор Прабху.
Следующим этапом станет изучение системы Лебедь X-1 в других диапазонах электромагнитного спектра. Ученые уже подали заявки на наблюдения с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» и наземной обсерватории ALMA в Чили. Их цель — не только уточнить измерения, но и впервые напрямую зафиксировать момент, когда черная дыра «откусывает» новую порцию материи от звезды-компаньона.
Результаты исследования, опубликованные в журнале The Astrophysical Journal, уже вызвали оживленную дискуссию в научном сообществе. Некоторые астрофизики выражают сомнение, что полученные выводы можно напрямую экстраполировать на сверхмассивные черные дыры в центрах галактик. Однако профессор Миллер-Джонс настаивает: «Физика аккреции универсальна. Если мы поняли, как работает „диета“ черной дыры звездной массы, мы сделали огромный шаг к пониманию того, как питаются их гигантские кузены в ядрах галактик».
Тем временем, данные с радиотелескопа, объединившего десятки станций по всему миру в одну гигантскую виртуальную антенну размером с Землю, продолжают анализироваться. Астрономы не исключают, что в ближайшие месяцы последуют новые открытия, которые могут перевернуть наши представления о самых загадочных объектах Вселенной. «Лебедь X-1 только начинает раскрывать свои секреты, — заключает доктор Прабху. — И это один из тех редких случаев, когда реальность превосходит любые наши теоретические фантазии».
Ваш комментарий