|
Черные дыры подчиняются одному правилу
|
|
|
|
Молодой астрофизик из Западной Австралии помог выявить универсальное правило, лежащее в основе одного из самых мощных процессов во Вселенной: запуска джетов черными дырами. Исследование, результаты которого были опубликованы в журнале Nature Astronomy, показывает, что черные дыры запускают мощные джеты в один и тот же критический момент своего цикла подпитки, независимо от того, в 10 раз их масса больше массы Солнца или в миллионы раз больше.
|
|
|
|
Руководила исследованием доктор Адель Гудвин, астрофизик из Международного центра радиоастрономических исследований (ICRAR) при Университете Кертина и стипендиат Фонда Форреста. Соавтором исследования выступил доктор Эндрю Маммери из Института перспективных исследований в Принстоне.
|
|
|
|
Это открытие стало результатом многолетних наблюдений с помощью телескопов по всему миру, в том числе в Австралии, США, Индии, Южной Африке и в космосе. Ученые отслеживали редкие события, связанные с разрушением звезд сверхмассивными черными дырами, и наблюдали за тем, что происходит дальше и почему.
|
|
|
|
Момент озарения наступил не за пультом телескопа, а в баре в Мадриде во время конференции, на которой Гудвин и Маммери поняли, что то же правило запуска джетов, которое действует для малых черных дыр, применимо и к сверхмассивным.
|
|
|
|
|
|
|
Загадка джетов с задержкой
|
|
|
|
По словам Гудвина, прорыв произошел благодаря попытке ответить на следующий вопрос: почему одни черные дыры испускают радиоджеты вскоре после того, как разрывают звезду на части, а другие — спустя месяцы или годы?
|
|
|
|
«Мы изучали эти события и задавались вопросом, почему разница во времени так велика», — сказал Гудвин.
|
|
|
|
«Затем закономерность стала очевидной. Джеты с задержкой появлялись, когда скорость поглощения вещества черной дырой снижалась до той же критической точки, которая уже была известна для черных дыр гораздо меньшего размера.
|
|
|
|
В этот момент мы поняли, что это не просто особенность одного типа черных дыр, а скорее правило, применимое ко всей Вселенной».
|
|
Черные дыры — неаккуратные едоки
|
|
|
|
Черные дыры часто сравнивают с космическими пылесосами, но, по словам Гудвина, они больше похожи на неаккуратных едоков. «Когда черная дыра разрывает звезду на части, она не поглощает все целиком, — сказал Гудвин.
|
|
|
|
— Часть вещества поглощается, а часть выбрасывается обратно в космос в виде мощных джетов и потоков вещества.
|
|
|
|
Это можно сравнить с отрыжкой черной дыры, только эти «отрыжки» могут выбрасывать вещество на огромные расстояния и влиять на окружающие галактики».
|
|
|
|
На протяжении десятилетий астрономы предполагали, что черные дыры подчиняются одним и тем же фундаментальным законам физики независимо от своего размера, но доказать это было сложно, поскольку сверхмассивные черные дыры обычно эволюционируют на протяжении тысячелетий.
|
|
|
|
Гудвин нашел решение этой проблемы, изучая события приливного разрушения звезд, которые происходят, когда звезда оказывается слишком близко к сверхмассивной черной дыре и разрывается на части.
|
|
|
|
Эти редкие события позволяют астрономам наблюдать за процессом формирования сверхмассивной черной дыры в течение нескольких лет, а не тысячелетий.
|
|
|
|
Исследователи проанализировали 20 случаев приливного разрушения звезд с помощью оптических, ультрафиолетовых, рентгеновских и радиотелескопов, сузив выборку до 10 событий, для которых можно было достоверно смоделировать как скорость поглощения вещества черной дырой, так и время возникновения радиоизлучения.
|
|
|
|
Они обнаружили две отдельные фазы формирования джетов. Первая фаза наступает на раннем этапе, когда черная дыра поглощает вещество с экстремальной скоростью. Вторая фаза наступает гораздо позже, через сотни или тысячи дней после того, как звезда разрывается на части, когда скорость поглощения вещества черной дырой снижается примерно до 2 % от предела Эддингтона — точки, при которой давление излучения уравновешивает гравитацию. Уже известно, что этот же порог в 2 % запускает формирование джетов у гораздо менее массивных черных дыр в нашей галактике.
|
|
|
|
«Эти чёрные дыры сильно различаются по массе, но, судя по всему, они запускают джеты в один и тот же момент процесса поглощения материи, — говорит Гудвин. — Это говорит нам кое-что фундаментальное о чёрных дырах: похоже, что с точки зрения физики не имеет значения, насколько они велики».
|
|
|
|
Это открытие помогает объяснить, почему в некоторых случаях приливного разрушения аккреционных дисков радиоджеты возникают быстро, а в других — затихают, а затем внезапно вспыхивают гораздо позже. Это также может помочь астрономам более эффективно использовать одни из самых дорогих и востребованных научных инструментов в мире.
|
|
|
|
«Радиотелескопы невероятно мощные, но важно не только знать, куда смотреть, но и понимать, когда это делать, — говорит Гудвин. — Если мы сможем предсказывать, когда чёрная дыра с большей вероятностью запустит джет, мы сможем проводить более целенаправленные исследования, тратить меньше ресурсов на наблюдения и повысим наши шансы зафиксировать эти редкие события в тот момент, когда они наиболее вероятны».
|
|
|
|
Это открытие не только поможет разгадать одну из загадок нашей Вселенной, но и сократит количество ненужных последующих наблюдений и сделает будущие исследовательские кампании более эффективными. Эта работа особенно актуальна для Западной Австралии, где будет размещаться низкочастотный компонент Обсерватории Square Kilometre Array (SKA) — одного из самых масштабных проектов в области радиоастрономии.
|
|
|
|
Это может сэкономить драгоценное время на крупных объектах, таких как SKA, в который правительство Австралии инвестировало 387 миллионов долларов. Учитывая, что общая стоимость SKA превышает 2 миллиарда долларов, оптимизация использования времени работы телескопов может принести значительную пользу астрономам и научному сообществу в целом, а значит, позволит чаще делать важные открытия в области изучения космоса.
|
|
|
|
По мере того как в ходе исследований нового поколения будет обнаруживаться всё больше случаев приливных разрушений, астрономам понадобятся более эффективные способы определения того, за какими из них нужно следить и когда. Это исследование даёт им более чёткое представление о том, в какой момент с наибольшей вероятностью можно будет увидеть джету чёрной дыры.
|
|
|
|
Директор Фонда Форрестских исследований профессор Джеймс Арванитакис сказал, что это открытие показало, насколько важно поддерживать молодых исследователей, которые занимаются фундаментальными исследованиями.
|
|
|
|
«Фонд Форрестских исследований не финансировал поиск заранее известного ответа. Мы поддержали выдающегося исследователя, задавшегося сложным вопросом, — сказал профессор Арванитакис. — Этот вопрос привёл к открытию международного значения. Именно поэтому фундаментальные исследования так важны: они расширяют наши знания, совершенствуют методы использования крупной научной инфраструктуры и создают возможности, выходящие далеко за пределы астрономии.
|
|
|
|
«Тот факт, что это открытие было сделано в Западной Австралии, говорит о силе нашей исследовательской экосистемы и о том, как важно давать выдающимся людям возможность строить свою карьеру здесь».
|
|
|
|
Источник
|
