Астрофизики впервые измерили мощность струй черной дыры
Ученые объединили десятки радиотелескопов в сеть — по сути, один инструмент размером с Землю, — чтобы определить мощность струй, выбрасываемых черными дырами. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Объектом измерений стала система Лебедь X-1, где находится первая подтвержденная черная дыра со сверхгигантом-компаньоном. Наличие звезды по соседству помогло астрофизикам: ее звездный ветер изгибает струи черной дыры по мере ее движения по орбите — примерно так же, как сильные порывы земного ветра отклоняют струи фонтана.
Зная силу звездного ветра и измерив, насколько прогнулись струи, исследователи впервые смогли определить их мгновенную мощность — она эквивалентна излучению 10 тысяч Солнц. Кроме того, им удалось вычислить скорость струй — около половины скорости света, то есть примерно 150 000 км/с. Это еще один параметр, который десятилетиями не поддавался точным измерениям.
Замеры удалось провести благодаря серии снимков «танцующих струй», пояснил радиоастроном Стив Прабу из Оксфордского университета, ведущий автор работы. Он использовал этот термин, чтобы описать траекторию джетов: их многократно отклонял в разные стороны мощный ветер звезды-сверхгиганта, пока оба объекта двигались по своим орбитам.
Самое важное в новом исследовании — ученые оценили наконец, какая доля энергии, выделяющейся вблизи черной дыры, уходит в окружающую среду, тем самым изменяя ее.
«Ключевой вывод: около 10% энергии, которая высвобождается при падении вещества в черную дыру, уносится струями, — уточнил Прабу. — Именно это значение обычно закладывают в крупномасштабные модели Вселенной, но до сих пор его было трудно подтвердить прямыми наблюдениями».
Прежние методы позволяли оценить лишь среднюю мощность струй за тысячи или даже миллионы лет, что не давало возможности точно сравнивать ее с рентгеновским излучением, которое выделяется мгновенно при падении вещества, подчеркнул профессор Джеймс Миллер-Джонс из Университета Кертина, соавтор статьи.
«Поскольку теории подсказывают, что физические процессы у черных дыр очень похожи независимо от их массы, мы можем использовать это измерение как опорную точку для понимания струй — будь то черные дыры массой в 10 или в 10 миллионов Солнц. Сейчас в Западной Австралии и Южной Африке строятся такие радиотелескопы, как Square Kilometre Array. С их помощью мы надеемся обнаружить струи у миллионов далеких галактик. И наша новая опорная точка позволит откалибровать их полную энергетическую мощность», — поделился он.
Струи черных дыр оказывают существенное влияние на окружающее пространство — они греют и расталкивают газ в галактике, мешая ему остыть и упасть в центр, — поэтому «они критически важны для понимания эволюции галактик», добавил профессор.