Двигатели Вселенной. Исследователи раскрыли одну из самых интригующих загадок черных дыр

Вселенная полна загадок, но черные дыры продолжают занимать место в верхней части списках тех тайн, которые поддаются разгадке медленно и неохотно.

Ученые обнаружили, что черные дыры теряют больше энергии в окружающее пространство, чем мы считали ранее. Оказалось, что чем быстрее вращаются эти космические водовороты, тем лучше они распространяют свою энергию.

Это открытие помогает ученым понять, как космический буфер из газа и пыли, вращающийся вокруг черных дыр, может действовать как сверхмощные галактические батареи.

Давайте разберемся, что это значит, на основе недавнего исследования группы американских физиков.

И какое влияние это исследование может оказать на наше понимание черных дыр и их роли во Вселенной.

Как черные дыры теряют материю?

Наши представления о черных дырах до сих пор во многом основаны на работах Стивена Хокинга и других физиков-теоретиков той эпохи, когда эти монструозные объекты оставались чистой абстракцией.

С тех пор мы получили много достаточно осязаемой и фактической информации о черных дырах. Вплоть до фотографий, которые дают общее представление о том, как выглядят самые загадочные объекты во Вселенной.

Вот уже несколько десятилетий ученые считают, что магнитные поля черных дыр захватывают энергию из их вращения и выбрасывают ее в виде мощных струй частиц с их полюсов — процесс с причудливым названием «эффект Блэндфорда-Знаека».

Но вокруг этого космического светового шоу было много загадок, например, выяснить, сколько именно энергии преобразуется в процессе.

Чтобы разгадать эту космическую загадку, исследователи из университета Колорадо создали компьютерную симуляцию диска, похожего на обеденную тарелку, который питает сверхмассивную черную дыру.

Результаты их исследования опубликованы в The Astrophysical Journal.

Эта виртуальная модель не просто помогает понять дикую физику черных дыр — она может полностью изменить наше представление о том, как эти космические гиганты формируют галактики, в которых они живут.

«Мы уже давно знаем, что падающий газ может красть энергию у вращающейся черной дыры, — объясняет Джейсон Декстер, один из авторов исследования в интервью для Space.com. — Большинство людей считали, что это важно в основном для создания впечатляющих струй».

Но точные измерения, проведенные командой Декстера, выявили нечто удивительное — черные дыры гораздо щедрее расходуют свою энергию, чем все ожидали.

Эта утечка энергии может либо светить как свет, либо выталкивать газ наружу. В любом случае, эта украденная энергия спина может быть причиной того, что область прямо возле точки невозврата черной дыры такая яркая.

Эти наблюдения особенно интересны, когда речь идет о наблюдениях за сверхмассивными черными дырами в центрах галактик, которые в миллионы или миллиарды раз тяжелее нашего Солнца.

Эти космические тяжеловесы питают так называемые активные галактические ядра и создают джеты, которые движутся почти со скоростью света.

Такие ядра могут затмевать целые галактики, что требует огромного количества энергии, которая должна откуда-то взяться. Но откуда?

Большинство предыдущих исследований было сосредоточено на более тусклых источниках, где питание черной дыры поступает в виде потока, похожего на сферу.

Это связано с тем, что очень сложно смоделировать теоретически нестабильные тонкие диски, которые питают более яркие AGN — эти диски невероятно плотные и наполнены магнитными полями.

Некоторые исследования показывают, что сильные магнитные поля могут поддерживать стабильность этих дисков, но это поднимает новые вопросы о том, как эти поля влияют на утечку энергии и создание струй. Например, как эта утечка может происходить несмотря на наличие мощных магнитных полей.

Команда использовала сложную компьютерную модель, чтобы увидеть, как сверхгорячий газ ведет себя в искривленном пространстве и сильной гравитации вокруг черных дыр.

Это позволило им наблюдать за тем, как магнитные поля танцуют с по-разному вращающимися черными дырами, обращая внимание на то, насколько эффективно они крадут энергию.

Их виртуальный космос показал, что от 10 до 70% энергии, украденной вращающимися черными дырами, попадает в джеты через процесс Блэндфорда-Знаека. И чем быстрее вращается черная дыра, тем больше энергии она отдает.

На а остатки украденной энергии либо съедаются питающим диском, либо превращаются в тепло.

Команда также обнаружила, что более сильные магнитные поля делают питающий диск черной дыры ярче. Это может объяснить, почему некоторые AGN светят гораздо ярче, чем предсказывают наши теории.

«Дополнительная энергия, витающая вблизи черной дыры, может нагревать диск и способствовать образованию короны», — подчеркивают исследователи.

Роль черных дыр во Вселенной

Как ранее писал NV Техно, черные дыры могут быть таинственной силой, расширяющей Вселенную, — к такому выводу пришла группа американских физиков.

Наблюдаемая Вселенная беспрерывно расширяется, что ставит под сомнения некоторые положения современной физики.

Ведь согласно нашим доминирующим теориям, рост Вселенной — и темпы ее расширения — должен постепенно замедляться. Вместо этого измерения показывают, что он ускоряется, движимый таинственной силой, которую принято называть темной энергией. О которой мы до сих пор фактически ничего не знаем.

До сих пор уже не раз предпринимались попытки как-то увязать гипотезу о темной энергии с черными дырами — самыми загадочными объектами во Вселенной.

Новая теория на этот счет оказалась весьма убедительной. Группа американских физиков уверяет, что смогла доказать, что именно черные дыры играют ключевую роль в беспрестанном расширении Вселенной.

В этой связи новое открытие, проясняющее роль «утечек» энергии из черных дыр и связь этих «утечек» со скоростью вращения, может иметь большое значение.