RW Space

Черные дыры являются одними из самых экстремальных объектов во Вселенной. Они могут выбрасывать материал наружу со скоростью, близкой к скорости света, в виде мощных плазменных лучей, известных как струи. Эти струи считаются одними из самых энергичных явлений в космосе.

Наша новая работа, опубликованная сегодня в журнале Nature Astronomy, бросает вызов этой интуиции. Мы обнаруживаем, что что-то такое, казалось бы, обычное, как «ветер» звезды, может соперничать с поведением этих мощных струй и даже формировать их.

Космический вальс

Система Cygnus X-1 — это космический вальс между черной дырой и массивной звездой.

Черная дыра — первая из когда-либо обнаруженных. Она весит примерно в 21 раз больше массы нашего Солнца и сжата в область размером примерно 100 километров в поперечнике.

Она находится в так называемой двойной системе с гораздо большей звездой-компаньоном, которая почти в 40 раз массивнее Солнца. Черная дыра и звезда вращаются вокруг друг друга на своей орбите каждые 5,6 дней.

На протяжении около 20 000 лет черная дыра питалась материалом этой звезды. Он делает это, улавливая мощный звездный ветер звезды, используя ее сильное гравитационное притяжение.

Некоторая часть этого материала исчезает в черной дыре, пересекая точку невозврата (известную как горизонт событий) в пути в один конец. Вихревые магнитные поля, увлекаемые вместе с газом, приводят к запуску джетов, движущихся почти со скоростью света.

Джети уносят энергию от черной дыры на расстояние в триллион раз большее, 16 световых лет.

Их действие за последние 20 000 лет привело к надуванию гигантского пузыря горячего газа в окружающем межзвездном пространстве. Но, несмотря на их важность, измерение мгновенной мощности этих струй до сих пор остается серьезной проблемой.

Пара мощности

Звездные ветры — это потоки частиц, сдуваемые с поверхности звезды внешним давлением света. Когда солнечный ветер от нашего Солнца особенно интенсивен, он вызывает полярные сияния, когда частицы врезаются в магнитное поле Земли.

Звезда-компаньон в Лебеде X-1 настолько массивна и ярка, что теряет в ветре в 100 миллионов раз больше массы, чем Солнце, и ускоряет его до скорости в три раза выше.

В нашем исследовании мы сделали изображения джетов с очень высоким разрешением, объединив телескопы, удаленные на тысячи километров. Эту же технику использовал телескоп Event Horizon для получения первого изображения черной дыры.

Мы обнаружили, что ветер от звезды-компаньона Лебедя X-1 достаточно силен, чтобы искривлять струи, запускаемые черной дырой. Это показывает, насколько мощными могут быть ветры массивных звезд.

Пока черная дыра вращается вокруг звезды, звездный ветер постоянно толкает струи, сдувая их от звезды. Это заставляет их менять направление, точно так же, как ветер на Земле может обдувать воду в фонтане.

С нашей точки зрения, струи кажутся «танцующими» в ногу с орбитальным движением системы. Смоделировав этот космический танец, мы впервые смогли измерить мгновенную мощность джетов и обнаружить, что она эквивалентна 10 000 солнц.

Дефицит калорий в рационе черной дыры

Понимание того, как черные дыры используют свою энергию, говорит нам о том, как развиваются галактики.

Когда материя падает в сторону черной дыры, часть ее способствует росту самой черной дыры. Но значительная часть может быть перенаправлена ​​в джеты, которые возвращают энергию обратно в окружающую среду.

Детали самых массивных черных дыр в центрах галактик могут формировать родительские галактики и влиять на еще более крупные космические структуры.

Мы можем измерить, насколько быстро черная дыра питается рентгеновскими лучами, производимыми падающим внутрь материалом. Однако до сих пор у нас не было прямого способа измерить, сколько энергии уходит в эти джеты в любой момент.

Наше измерение мощности струи в Cygnus X-1 обеспечивает новый способ «сбалансировать энергетический бюджет» черных дыр.

Сравнивая, насколько быстро черная дыра питается и сколько энергии уносят джеты, мы можем точно настроить компьютерное моделирование Вселенной. Это говорит нам о том, как черные дыры влияют на Вселенную в самых больших масштабах.

По теме: Черная дыра может быть в 100 триллионов раз мощнее Звезды Смерти

Этот космический танец черной дыры и массивной звезды показывает нечто большее, чем просто изогнутую струю. Он показывает, как даже самые энергичные явления, такие как джеты, формируются под воздействием окружающей среды.

Наблюдая за танцующими струями в Лебеде X-1, мы улучшили наше понимание того, как черные дыры влияют на эволюцию самого космоса.

Стив Прабу, адъюнкт-преподаватель, Школа электротехники, вычислительной техники и математических наук, Университет Кертина; Оксфордский университет и Джеймс Миллер-Джонс, профессор Радиоастрономического института Кертина, Университет Кертина

Эта статья перепечатана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.