Двигуни Всесвіту. Дослідники розкрили одну з найбільш інтригуючих загадок чорних дір

Всесвіт сповнений загадок, але чорні діри продовжують займати місце у верхній частині списків тих таємниць, які піддаються розгадці повільно і неохоче.

Учені виявили, що чорні діри втрачають більше енергії в навколишній простір, ніж ми вважали раніше. Виявилося, що чим швидше обертаються ці космічні вири, тим краще вони поширюють свою енергію.

Це відкриття допомагає вченим зрозуміти, як космічний буфер із газу та пилу, що обертається навколо чорних дір, може діяти як надпотужні галактичні батареї.

Давайте розберемося, що це означає, на основі недавнього дослідження групи американських фізиків.

І який вплив це дослідження може мати на наше розуміння чорних дір та їхньої ролі у Всесвіті.

Як чорні діри втрачають матерію?

Наші уявлення про чорні діри досі багато в чому ґрунтуються на роботах Стівена Гокінга та інших фізиків-теоретиків тієї епохи, коли ці монструозні об'єкти залишалися чистою абстракцією.

Відтоді ми отримали багато досить відчутної і фактичної інформації про чорні діри. Аж до фотографій, які дають загальне уявлення про те, який вигляд мають найзагадковіші об'єкти у Всесвіті.

Ось уже кілька десятиліть учені вважають, що магнітні поля чорних дір захоплюють енергію з їхнього обертання і викидають її у вигляді потужних струменів частинок з їхніх полюсів — процес із химерною назвою «ефект Блендфорда-Знаєка».

Але навколо цього космічного світлового шоу було багато загадок, наприклад, з’ясувати, скільки саме енергії перетворюється в процесі.

Щоб розгадати цю космічну загадку, дослідники з університету Колорадо створили комп’ютерну симуляцію диска, схожого на обідню тарілку, який живить надмасивну чорну діру.

Результати їхнього дослідження опубліковані в The Astrophysical Journal.

Ця віртуальна модель не просто допомагає зрозуміти дику фізику чорних дір — вона може повністю змінити наше уявлення про те, як ці космічні гіганти формують галактики, у яких вони живуть.

«Ми вже давно знаємо, що газ, який падає, може красти енергію у чорної діри, що обертається, — пояснює Джейсон Декстер, один з авторів дослідження, в інтерв'ю для Space.com. — Більшість людей вважали, що це важливо в основному для створення вражаючих струменів».

Але точні вимірювання, проведені командою Декстера, виявили щось дивовижне — чорні діри набагато щедріше витрачають свою енергію, ніж усі очікували.

Цей витік енергії може або світити як світло, або виштовхувати газ назовні. У будь-якому разі, ця вкрадена енергія спіна може бути причиною того, що область прямо біля точки неповернення чорної діри така яскрава.

Ці спостереження особливо цікаві, коли йдеться про спостереження за надмасивними чорними дірами в центрах галактик, які в мільйони або мільярди разів важчі за наше Сонце.

Ці космічні важковаговики живлять так звані активні галактичні ядра і створюють джети, які рухаються майже зі швидкістю світла.

Такі ядра можуть затьмарювати цілі галактики, що вимагає величезної кількості енергії, яка має звідкись узятися. Але звідки?

Більшість попередніх досліджень було зосереджено на більш тьмяних джерелах, де живлення чорної діри надходить у вигляді потоку, схожого на сферу.

Це пов’язано з тим, що дуже складно змоделювати теоретично нестабільні тонкі диски, які живлять більш яскраві AGN, — ці диски неймовірно щільні та наповнені магнітними полями.

Деякі дослідження показують, що сильні магнітні поля можуть підтримувати стабільність цих дисків, але це піднімає нові питання щодо того, як ці поля впливають на витік енергії та створення струменів. Наприклад, як цей витік може відбуватися попри наявність потужних магнітних полів.

Команда використовувала складну комп’ютерну модель, щоб побачити, як надгарячий газ поводиться у викривленому просторі та сильній гравітації навколо чорних дір.

Це дало їм змогу спостерігати за тим, як магнітні поля танцюють із чорними дірами, що обертаються по-різному, звертаючи увагу на те, наскільки ефективно вони крадуть енергію.

Їхній віртуальний космос показав, що від 10 до 70% енергії, вкраденої чорними дірами, що обертаються, потрапляє в джети через процес Блендфорда-Знаєка. І що швидше обертається чорна діра, то більше енергії вона віддає.

На а залишки вкраденої енергії або з'їдаються живильним диском, або перетворюються на тепло.

Команда також виявила, що сильніші магнітні поля роблять живильний диск чорної діри яскравішим. Це може пояснити, чому деякі AGN світять набагато яскравіше, ніж передбачають наші теорії.

«Додаткова енергія, що витає поблизу чорної діри, може нагрівати диск і сприяти утворенню корони», — підкреслюють дослідники.

Роль чорних дір у Всесвіті

Як раніше писав NV Техно, чорні діри можуть бути таємничою силою, що розширює Всесвіт, — такого висновку дійшла група американських фізиків.

Спостережуваний Всесвіт безперервно розширюється, що ставить під сумнів деякі положення сучасної фізики.

Адже згідно з нашими домінуючими теоріями, зростання Всесвіту — і темпи його розширення — має поступово сповільнюватися. Натомість вимірювання показують, що воно прискорюється, рухоме таємничою силою, яку прийнято називати темною енергією. Про яку ми досі фактично нічого не знаємо.

Досі вже не раз робили спроби якось пов’язати гіпотезу про темну енергію з чорними дірами — найзагадковішими об'єктами у Всесвіті.

Нова теорія з цього приводу виявилася вельми переконливою. Група американських фізиків запевняє, що змогла довести, що саме чорні діри відіграють ключову роль у невпинному розширенні Всесвіту.

У зв’язку з цим нове відкриття, що прояснює роль «витоків» енергії з чорних дір і зв’язок цих «витоків» зі швидкістю обертання, може мати велике значення.