Обнаружена сверхмассивная черная дыра, излучающая энергию, эквивалентную энергии триллиона солнц - «Наука и технологии»

В центре практически каждой массивной галактики скрывается загадочная и пугающая область пространственно-временного континуума, известная всем под названием сверхмассивной черной дыры. Эти гигантские "гравитационные колодцы" просто огромны, их масса превышает массу Солнца в миллионы и миллиарды раз. Из-за наличия сильнейших гравитационных сил, не выпускающих из своих "объятий" даже самые легкие фотоны света, черные дыры являются весьма трудными для изучения объектами, природу которых ученые познают только по косвенным факторам и побочным продуктам их деятельности. Одним из таких побочных продуктов являются космические ветры в окружающем пространстве, которые перемещаются со скоростью 100 тысяч километров в секунду или еще быстрее.

Согласно имеющимся теориям о функционировании черных дыр, когда черная дыра при помощи своей гравитации поглощает материю из окружающего пространства, то приближаясь к горизонту событий, эта материя разогревается до огромных температур и излучает рентгеновское излучение высокой интенсивности. Мощные потоки рентгеновских лучей разогревают окружающую дыру материю, заставляя ее ярко светиться в самых различных диапазонах. Кроме этого, черпая энергию потоков рентгеновского излучения, материя ускоряется до огромных скоростей и в виде космического ветра разлетается по окружающей галактике.

Ученые-астрономы из Калифорнийского технологического института, использующие космические рентгеновские телескопы NASA Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) и ESA XMM-Newton, произвели измерения скорости, формы, размеров и других параметров потоков космических ветров, извергающихся из окрестностей черной дыры PDS 456, одной из самых ярких во Вселенной черных дыр, находящейся на удалении двух миллиардов световых лет от нас.

PDS 456 относится к классу черных дыр, называемых квазарами, которые, как известно, являются самыми яркими объектами во Вселенной. Космические ветра, дующие в разные стороны от дыры PDS 456 как раз и являются результатом повышенной яркости свечения этого объекта. "Когда энергия материи, падающей в черную дыру, испускается наружу в виде рентгеновского излучения, она превращается в тепловую энергию, разогревающую окружающую материю до сверхвысоких температур" - рассказывает Эмануэле Нардини (Emanuele Nardini), одна из ведущих исследователей, - "Когда яркость свечения достаточно высока, эта энергия может противодействовать силам гравитационного притяжения черной дыры PDS 456, которая в 10 миллиардов раз больше нашего Солнца. И в результате этого получаются космические ветра, дующие наружу из области черной дыры".

Для того, чтобы собрать максимально возможное количество научных данных, телескопы NuSTAR и XMM-Newton наблюдали за черной дырой PDS 456 пять раз в течение 2013 и 2014 года. Телескоп XMM-Newton исследовал низкоэнергетическую часть рентгеновского спектра, в то время, как телескоп NuSTAR смотрел в высокоэнергетической части спектра. Но оба телескопа занимались одним делом, поисками спектральных линий определенных химических элементов, железа, в частности, на долю которого приходится основная часть материи космических ветров.

"Порывы космических ветров состоят почти из полностью ионизированной материи" - рассказывает Эмануэле Нардини, - "Ядра атомов всех элементов полностью лишены своих электронов, единственным исключением из этого правила является железо. Это железо создает перед черной дырой своего рода завесу, блокирующую практически любое излучение, а движение облаков железа обуславливают изменения яркости свечения квазара, которые мы и наблюдаем при помощи телескопов".

Наблюдая за изменениями интенсивности спектральных линий железа, ученые смогли вычислить, что космические ветра "дуют" абсолютно во всех направлениях от черной дыры. Эти ветра достаточно быстры, их скорость составляет треть от скорости света. И эти ветра за секунду переносят столько энергии, сколько за секунду излучает триллион Солнц. Эти высокоэнергетические ветра затрагивают практически все процессы, протекающие в окружающей галактике. А особо сильное влияние они оказывают на процессы формирования новых звезд. "Если космический ветер достаточно силен, он создает лавину, уносящую огромные массы газа в недра окружающей галактики. Получая постоянную подпитку материей и энергией, процессы формирования молодых звезд в этой галактике значительно активизируются".

"Большинство наблюдаемых сегодня галактик являются практически бездействующими, в их пределах формирование новых звезд идет весьма вялыми темпами, а их черные дыры неактивны из-за того, что они уже успели поглотить всю доступную материю из окружающего пространства" - рассказывает Эмануэле Нардини, - "Но в их прошлом должен был существовать некий механизм, который придал им те формы, которые мы видим сейчас. И мы считаем, что одним из таких механизмов является именно космический ветер, дувший со стороны активной в то время черной дыры".