Галактические электростанции: физики раскрыли один из главных секретов черных дыр

Новое исследование может объяснить, почему некоторые активные ядра галактик гораздо ярче, чем предсказывают теоретические модели.

Черные дыры могут выпускать больше энергии в свое окружение, чем предполагалось ранее, и чем быстрее они вращаются, тем эффективнее происходит извлечение энергии. Астрофизики выяснили, как диски из горячей плазмы, которые вращаются вокруг черных дыр, могут стать мощными двигателями галактических электростанций. Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal.

Уже давно физики предложили теории о том, что энергия извлекается из вращения черных дыр благодаря магнитным полям и направляется в мощные струи высокоэнергетических частиц, которые вырываются из полюсов черных дыр. Однако ученые долго не могли установить, что именно определяет количество преобразуемой энергии. Теперь астрофизики смоделировали действие аккреционного диска вокруг сверхмассивной черной дыры, чтобы получить ответы на эти вопросы.

Недавно ученые сделали важное открытие, обнаружив связующее звено между черными дырами звездной массы и сверхмассивными черными дырами, что поможет понять, как эти объекты достигают больших размеров.

По словам авторов исследования, давно известно, что падающая в черную дыру материя из аккреционного диска, состоящего из горячей плазмы, может извлекать энергию вращения из черной дыры. То есть энергия, которая возникает из-за вращения этого объекта, играет важную роль в питании струй черной дыры.

Новое моделирование показало, что из черных дыр извлекается гораздо больше энергии, чем было известно ранее. Эта энергия может выходить в виде света и заставлять светиться области вблизи горизонта событий черной дыры.

Астрофизики давно изучают черные дыры и их взаимодействие с родными галактиками, пытаясь понять, как сверхмассивные черные дыры в центре галактик создают активные ядра галактик и струи, вылетающие почти со скоростью света. Часто активные ядра галактик настолько яркие, что затмевают объединенный свет каждой звезды в галактике, и для этого требуется большое количество энергии, которая должна откуда-то поступать.

Прошлые исследования показали, что важную роль в этом процессе играют магнитные поля черной дыры. Авторы нового исследования хотели понять, как происходит извлечение энергии в сильно намагниченных средах.

Моделирование астрофизиков имитировало физику горячей плазмы в искривленной ткани пространства-времени и области высокой гравитации вокруг черных дыр. Это позволило ученым наблюдать, как магнитные поля взаимодействуют с черными дырами, которые вращаются с разной скоростью, и изучить эффективность извлечения энергии.

Моделирование показало, что от 10% до 70% энергии, извлекаемой из вращения черных дыр, направляется в струи. Чем быстрее вращение черной дыры, тем больше энергии она может отдать. Остальная часть энергии, извлеченной из вращения черной дыры, но не направленная в струи, либо поглощается аккреционным диском, либо рассеивается в виде тепла.

Физики также обнаружили, что сила магнитного поля увеличивала яркость аккреционного диска черной дыры. Это может объяснить, почему некоторые активные ядра галактик гораздо ярче, чем предсказывают теоретические модели.

Источник: Space