Астрономы зафиксировали джет черной дыры, несущий энергию десяти тысяч солнц на половине скорости света
Черные дыры известны своей способностью поглощать всё, что оказывается поблизости, однако некоторые из них также выбрасывают колоссальные джеты энергии, способные путешествовать по космосу на околосветовых скоростях. Эти джеты настолько мощны, что могут нагревать газ, создавать турбулентность и даже влиять на эволюцию галактик. Несмотря на десятилетия исследований, ученым долгое время не удавалось ответить на вопрос, насколько мощными эти джеты являются в конкретный момент времени. До недавнего времени астрономам приходилось судить о джетах черных дыр по гигантским «шрамам», которые они оставляли в космосе на протяжении тысяч лет, что было похоже на попытку понять работу двигателя, изучая старые следы шин вместо того, чтобы наблюдать за работающей машиной в реальном времени.
Теперь международная группа ученых, изучающая знаменитую систему черной дыры Лебедь X-1, достигла беспрецедентного результата: они напрямую измерили мгновенную мощность джета черной дыры в действии. Результаты показывают, что джеты переносят энергию, эквивалентную примерно десяти тысячам солнц, двигаясь почти с половиной скорости света, что дает одно из самых четких представлений о том, как черные дыры возвращают энергию во Вселенную. Прорыв стал возможен благодаря необычной стратегии, которая основывалась на наблюдении того, как джеты взаимодействуют с окружающей средой, вместо попыток измерить их напрямую.
Авторы исследования проанализировали 18 лет высокоточных радио-наблюдений, собранных с помощью глобальной сети телескопов. Их целью была система Лебедь X-1, одна из самых известных систем черных дыр, когда-либо обнаруженных, расположенная примерно в 7200 световых годах от Земли. Эта система состоит из черной дыры и массивной голубой звезды-сверхгиганта, вращающихся друг вокруг друга. Звезда непрерывно теряет газ через мощные звездные ветры, а черная дыра притягивает часть этого материала своей гравитацией. По мере того как газ закручивается внутрь, он становится чрезвычайно горячим и энергичным. Часть этой энергии не падает в черную дыру, а выбрасывается наружу в виде двух узких джетов, бьющих в противоположных направлениях.
Эти джеты стали ключом к исследованию. Исследователи заметили, что мощные ветры от звезды-компаньона толкают и изгибают джеты во время их движения в космосе. По словам ученых, джеты начинали «танцевать» под силой звездного ветра. Тщательно измеряя степень изгиба джетов и объединяя эти наблюдения с компьютерным моделированием, ученые смогли вычислить, какую силу должны иметь джеты, чтобы противостоять давлению ветра. Это позволило им впервые оценить истинную мгновенную мощность джетов. Полученные цифры оказались экстраординарными: джеты двигались со скоростью примерно 540 миллионов километров в час, что составляет почти половину скорости света.
Расчеты также показали, что около 10 процентов энергии, выделяемой при падении материи к черной дыре, перенаправлялось в джеты. Это открытие важно, поскольку оно показывает, насколько эффективно черные дыры могут преобразовывать падающую материю в мощные потоки энергии. Данное исследование меняет представления ученых о роли черных дыр в формировании Вселенной. Черные дыры часто изображают как космические пылесосы, но такие системы, как Лебедь X-1, демонстрируют, что они также могут действовать как гигантские энергетические двигатели. В гораздо больших масштабах аналогичные джеты от сверхмассивных черных дыр способны нагревать окружающий газ, генерировать ударные волны, создавать турбулентность и даже влиять на звездообразование в целых галактиках.
Однако в течение многих лет ученым не хватало надежного способа для измерения реальной мощности этих джетов в реальном времени. Предыдущие методы основывались на изучении крупномасштабных последствий, оставляемых джетами за тысячи лет. Как отмечают авторы исследования, «золотым стандартом» измерения мощности джетов до сих пор были методы, основанные на оценке их долгосрочного воздействия на окружающую среду, которые могли давать лишь усреднённые показатели за тысячи лет, а не мгновенные измерения. Отслеживая, как звездные ветры изгибают джеты в системе Лебедь X-1, новый метод фактически позволяет астрономам измерять мощность джета в прямом эфире. Тем не менее, работа имеет ограничения: команда изучила только одну бинарную систему, поэтому ученые пока не знают, наблюдаются ли аналогичные показатели эффективности у других черных дыр. Исследователи планируют применить ту же технику к большему количеству систем, что в конечном итоге может раскрыть, как черные дыры в реальном времени впрыскивают энергию в космос.
Исследование в журнале Nature Astronomy.