Черные дыры рулят: Лихо закрученная проблема
Рассыпанные по галактикам черные дыры — самые безжалостные и мощные поглотители материи и энергии. И хотя увидеть их напрямую нельзя, ученые нашли методы не только обнаруживать, но также оценивать размер (массу), скорость вращения и заряд черных дыр (теория говорит, что этим исчерпываются все ее возможные характеристики). Один из способов — анализ излучения, исходящего от самой границы дыры. Дело в том, что падающая в ее недра материя, описывая огромные спирали, ускоряется все сильнее и сильнее, сплющивается во вращающийся аккреционный диск и в ходе этого движения раскаляется так, что начинает испускать рентгеновское излучение. Пока не достигнет «точки невозврата».
Установлено, что помимо «звездных» черных дыр массой до 10 солнечных во Вселенной широко представлены и сверхмассивные, которые обитают в активных центрах многих галактик, в том числе и нашей. Вес их достигает миллионов и даже миллиардов солнечных масс, а влияние на сами галактики — колоссально.
Установлено также, что примерно каждая десятая из этих «черных королев» выбрасывают не только излучение, но и колоссальные джеты — потоки плазмы, раскаленного ионизированного газа, которые тянутся в двух противоположных направлениях от «полюсов» дыры на многие миллионы километров. Эти джеты (строго говоря, их называют «релятивистскими струями») буквально высасывают энергию вращения дыры, и выбрасывают ее обратно, в космос. Энергия эта отнюдь не маленькая, она влияет на процесс формирования звезд и других объектов, играет важную роль в эволюции галактик и целых их скоплений. Словом, крупнейших тел Вселенной.
«Черная дыра в центре скопления, — поясняет астрофизик Дэн Эванс (Dan Evans), — влияет на всё и вся внутри этого скопления. Без ее джетов галактики и скопления выглядели бы совершенно иначе». Поэтому механизмы влияния джетов (и самих сверхмассивных черных дыр) на галактики сегодня — одна из самых интересных тем космологии. Ею занимается и Дэн Эванс. На протяжении последних лет он сравнивал характеристики галактик, черные дыры в центре которых имеют эти джеты, с теми, у которых их нет.
Эванс и его коллеги провели анализ данных, собранных японским спутником Suzaku в 2007—2008 гг. Их задачей была проверка более ранних данных о том, что ретроградные черные дыры, аккреционный диск которых вращается в обратную сторону относительно вращения самой дыры, демонстрируют одну интересную особенность: у самого внутреннего края аккреционный диск обрывается, немного не доходя до горизонта черной дыры. Основным объектом исследования стала расположенная в 800 млн световых лет от нас черная дыра 3C 33 (выбрасывающая релятивистские джеты).
Оказалось, что действительно, диск заканчивается раньше, чем начинается горизонт черной дыры. Этого не наблюдается у черных дыр без джетов. По мнению Эванса, именно обратным вращением это можно объяснить: гравитация вращающейся дыры «расталкивает» внутренние слои материи аккреционного диска, вращающегося в обратную сторону. В результате создается «провал» между диском и дырой, который позволяет магнитному полю (создаваемому вращением заряженной дыры) собираться в мощные линии, вдоль которых и выбрасываются джеты.
Итак, Эвансом и его коллегами показано, что релятивистские струи-джеты черная дыра начинает выбрасывать в том случае, если направление вращения падающей в нее материи (аккреционного диска) противоположно направлению вращения самой дыры. Получается, что на жизнь галактики влияет не только размер сверхмассивной черной дыры в ее центре, но и направление ее вращения. Оно способно создать (или не создать) джеты, которые «регулируют» развитие звезд, скоплений — и целой Вселенной. Впрочем, эта красивая идея еще нуждается в дальнейших подтверждениях.
Осталось добавить, что влияние сверхмассивных черных дыр проявляется и на самом большом машстабе: именно они являются главными «генераторами хаоса», носителями максимально (даже в теории) возможной энтропии в нашей Вселенной, подталкивая ее к окончательной тепловой смерти. Почему это так, вы можете прочесть в заметке «Смертельное влияние».
По пресс-релизу MIT