«Бублики» черных дыр оказались «фонтанами», заявляют ученые
Так называемый диск аккреции, скопление «объедков», окружающее практически все черные дыры, оказался похожим по форме не на бублик, а на фонтан. На это указали снимки с телескопа ALMA, опубликованные в Astrophysical Journal.
«Теоретики всегда считали, что эта структура похожа по форме на «твердый» бублик. Мы просчитали поведение диска аккреции с нуля и обнаружили, что он похож на постоянно бурлящий фонтан, имеющий схожую торообразную форму. Это объясняет многие странные черты черных дыр», — рассказывает Кейити Вада (Keiichi Wada) из университета Кагосимы (Япония).
Трапеза тяжеловеса
Сверхмассивные черные дыры существуют в центре практически любой галактики. В отличие от черных дыр, возникающих при коллапсе звезд, их масса в несколько миллионов раз больше солнечной. Они периодически поглощают звезды, другие небесные тела и газ, и выбрасывают часть захваченной материи в виде джетов — пучков разогретой плазмы, движущихся с околосветовой скоростью.
Эти выбросы, как сегодня считают астрономы, возникают из-за того, что черные дыры не способны поглощать материю в неограниченных количествах. Существует некая граница, которую астрофизики называют пределом Эддингтона, при достижении которой материя начинает скапливаться в окрестностях черной дыры в виде горячего «бублика» из материи, диска аккреции, где частицы материи трутся друг об друга, разогреваются до сверхвысоких температур и выбрасываются черной дырой в космос.
Далеко не все черные дыры ведут себя таким образом – к примеру, объект в центре нашей галактики, Sgr A*, отличается скромными аппетитами и нравами и не имеет джетов и диска аккреции. То, как он образуется и почему некоторые черные дыры резко теряют аппетит или наоборот, его приобретают, является сегодня одним из главных вопросов в астрономии.
Вада и его коллеги уже много лет пытаются получить ответ на этот вопрос, наблюдая за близлежащими сверхмассивными черными дырами при помощи микроволнового телескопа ALMA, способного видеть даже самые холодные и незаметные пылинки и молекулы газов.
В начале года они получили первые фотографии «бублика», наблюдая за галактикой M77 в созвездии Кита, одной из ближайших соседок Млечного Пути. Эти снимки раскрыли несколько странных особенностей в его структуре, в том числе крайне хаотичную, асимметричную форму, которые заставили астрономов продолжить наблюдения.
Космический фонтан
Следующей целью для них выступила галактика Циркуль (ESO 97-G13) – один из ближайших спиральных звездных мегаполисов, удаленный от Земли всего на 13 миллионов световых лет. Как и М77, она смотрит в нашу сторону почти «лицом», что позволяет астрономам наблюдать за ее сверхмассивной черной дырой.
Фотографии диска ее аккреции, полученные тем же образом, что и в случае с M77 – в результате наблюдений за движением молекул угарного газа и других соединений углерода – еще больше поставили ученых в тупик.
В прошлом, ученые считали, что все частицы пыли и газа внутри диска аккреции двигались вокруг черной дыры и падали в сторону горизонта событий примерно одинаковым образом. Иными словами, он должен был вести себя, как плотный и единый кусок твердой материи, однако в реальности это совсем не так.
Оказалось, что внутри него присутствует большое число хаотических потоков раскаленного газа, постоянно перемешивающих и выталкивающих его материю в сторону от черной дыры. По сути, он похож не на твердый «бублик», а на джакузи или бурлящий фонтан.
Это, как отмечает Вада, хорошо объясняет то, почему многие черные дыры, как показывают некоторые наблюдения, окружает сразу несколько дисков аккреции, наклоненных под разным углом по отношению друг к другу. Вдобавок, существование подобной газовой «мешалки» может объяснить то, почему в окрестностях сверхмассивных черных дыр рождается много звезд.
«Данные с ALMA помогли нам понять, что реально происходит в окрестностях черных дыр. Все учебники астрономии теперь придется переписать», — заключает Такума Изуми (Takumi Izumi), коллега Вады.