Мощный выброс энергии от черной дыры зафиксирован астрономами

Новости МирТесен

Чёрные дыры обладают уникальной особенностью – они способны затягивать в себя всё, что находится вблизи. Но при этом некоторые из них выбрасывают огромные потоки энергии, которые движутся в космическом пространстве со скоростью, близкой к скорости света. Эти потоки настолько сильны, что способны нагревать газ, вызывать турбулентность и оказывать воздействие на развитие галактик. Несмотря на десятилетия изучения, учёным не представлялось возможным точно определить мощность этих потоков в определённые моменты времени. До недавнего времени астрономы оценивали силу джетов чёрных дыр по огромным структурам, которые они формировали в космосе в течение многих тысяч лет. Это было сравнимо с попыткой понять принцип работы двигателя, анализируя старые следы шин, а не наблюдая за самой машиной в процессе эксплуатации.

Международная группа ученых, исследующая известную систему черной дыры Лебедь X-1, добилась уникального успеха: им удалось непосредственно зафиксировать мгновенную мощность струи, выбрасываемой черной дырой. Полученные данные свидетельствуют о том, что струи переносят энергию, сопоставимую с энергией десяти тысяч Солнц, и движутся почти со скоростью половины светового года, что позволяет получить наиболее ясное представление о механизме, посредством которого черные дыры высвобождают энергию в космосе. Такой прогресс стал возможен благодаря нестандартному подходу, который заключался в изучении взаимодействия струй с окружающей их средой, а не в прямой попытке их измерения.

В рамках исследования авторы изучили данные 18 лет высокоточных радиоизмерений, полученных с использованием глобальной сети телескопов. В качестве объекта исследования была выбрана система Лебедь X-1, одна из наиболее известных систем черных дыр, открытых на сегодняшний день, находящаяся на расстоянии около 7200 световых лет от Земли. Эта система включает в себя черную дыру и массивную голубую звезду-сверхгиганта, которые обращаются вокруг общего центра масс. Звезда постоянно теряет вещество посредством мощных звездных ветров, а черная дыра захватывает часть этого материала под действием собственной гравитации. При затягивании вещества внутрь оно нагревается до экстремальных температур и приобретает высокую энергию. Некоторая часть этой энергии не поглощается черной дырой, а выбрасывается наружу в виде двух узких струй, направленных в противоположные стороны.

Эти струи вещества послужили важным инструментом для исследований. Специалисты обратили внимание на то, что сильные ветры, исходящие от звезды-компаньона, влияют на положение и траекторию струй в процессе их движения в космическом пространстве. Как утверждают ученые, под воздействием звездного ветра струи начали приобретать волнообразное движение. Проводя точные измерения степени отклонения струй и используя компьютерное моделирование, исследователи смогли определить, какой мощностью должны обладать струи, чтобы противостоять давлению ветра. Это дало возможность впервые оценить их фактическую, мгновенную мощность. Результаты оказались впечатляющими: струи двигались со скоростью около 540 миллионов километров в час, что составляет почти половину скорости света.

Выполненные расчеты также указывают на то, что приблизительно 10 процентов энергии, высвобождаемой при падении вещества в черную дыру, направляется в джеты. Это открытие имеет большое значение, поскольку демонстрирует, насколько эффективно черные дыры способны трансформировать падающую материю в мощные потоки энергии. Проведенное исследование корректирует существующие взгляды ученых на роль черных дыр в эволюции Вселенной. Черные дыры традиционно представляются как космические объекты, поглощающие все вокруг, однако системы, подобные Лебедь X-1, показывают, что они могут выступать и в роли гигантских генераторов энергии. В гораздо большем масштабе подобные джеты, исходящие от сверхмассивных черных дыр, способны нагревать окружающий газ, вызывать возникновение ударных волн, создавать турбулентность и даже оказывать влияние на процессы звездообразования в целых галактиках.

В течение длительного периода времени ученым требовался надёжный инструмент для оценки фактической мощности этих струй в режиме реального времени. Ранее применяемые методы опирались на анализ масштабных последствий, которые струи оставляют на протяжении тысячелетий. По словам авторов исследования, до настоящего момента «эталонным» способом измерения мощности струй являлась оценка их долгосрочного воздействия на окружающую среду, предоставляющая лишь усреднённые данные за тысячелетия, а не мгновенные результаты. Благодаря наблюдению за тем, как звёздный ветер деформирует струи в системе Лебедь X-1, новая методика фактически даёт возможность астрономам измерять мощность струи в режиме реального времени. Однако, данная работа имеет свои ограничения: команда исследователей изучила лишь одну двойную систему, и поэтому пока не известно, характерны ли аналогичные показатели эффективности для других чёрных дыр. В дальнейшем планируется использовать эту же технику для анализа большего числа систем, что в конечном итоге может прояснить, как чёрные дыры в реальном времени передают энергию в космическое пространство.

Исследование в журнале Nature Astronomy.