Наблюдения за Cygnus X-1 доказали, что джеты уносят десятую долю энергии аккреции

Международная группа исследователей под руководством Университета Кертина с помощью глобальной сети радиотелескопов обнаружила, что мощность джетов черной дыры в системе Cygnus X-1 эквивалентна энерговыделению 10 тысяч Солнц. Это открытие подтвердило теоретические модели о том, что около 10 процентов энергии, выделяемой при падении вещества на черную дыру, уносится джетами, которые играют ключевую роль в формировании структуры Вселенной. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.

В новом исследовании, проведенном под руководством ученых Университета Кертина, астрофизики впервые смогли измерить мгновенную мощность выбросов черной дыры, используя радиотелескоп, фактически охватывающий всю Землю. Объектом изучения стала система Cygnus X-1, известная тем, что содержит первую подтвержденную черную дыру и вращающуюся вокруг нее гигантскую звезду.

Мощность струй (джетов) этой черной дыры оказалась колоссальной, примерно эквивалентной мощности 10 тысяч Солнц. Для регистрации данных ученые применили массив соединенных между собой телескопов, разнесенных на большие расстояния. Такой подход позволил наблюдать за тем, как звездные ветры от сверхгиганта отклоняют джеты черной дыры по мере движения пары по общей орбите, напоминая то, как сильные порывы ветра на Земле изменяют траекторию воды в фонтане.

Зная параметры звездного ветра и измерив угол отклонения джетов, исследователи впервые смогли вычислить их сиюминутную мощность. Дополнительно они определили скорость струй, которая составила примерно половину скорости света, то есть около 150 тысяч километров в секунду. Это еще одно измерение, которое долгие годы оставалось труднодостижимым для научного сообщества. Работа была выполнена Институтом радиоастрономии Кертина (CIRA) и подразделением Международного центра радиоастрономических исследований (ICRAR) при Кертинском университете в сотрудничестве с Оксфордским университетом.

Ведущий автор исследования доктор Стив Прабу использовал образный термин «танцующие джеты» для описания их поведения. Он пояснил, что джеты неоднократно отклонялись в разных направлениях под воздействием мощных ветров сверхгигантской звезды, когда звезда и черная дыра двигались по своим орбитам. Доктор Прабу подчеркнул важность полученных данных: «Ключевой вывод этого исследования заключается в том, что около 10 процентов энергии, выделяемой при падении вещества к черной дыре, уносится джетами. Это то, что обычно предполагают ученые в крупномасштабных симуляционных моделях Вселенной, но до сих пор это было трудно подтвердить наблюдениями».

Соавтор работы профессор Джеймс Миллер-Джонс из CIRA и ICRAR отметил, что прежние методы позволяли оценивать лишь среднюю мощность джета за периоды в тысячи или даже миллионы лет, что мешало точно сравнивать эту величину с энергией рентгеновского излучения, высвобождаемой падающим веществом в реальном времени.

Поскольку физика процессов вокруг черных дыр считается универсальной, новое измерение можно использовать как калибровочную точку для понимания джетов независимо от массы черной дыры, будь она в 10 или в 10 миллионов раз тяжелее Солнца. Профессор Миллер-Джонс добавил, что с вводом в строй таких проектов, как обсерватория Square Kilometre Array в Западной Австралии и Южной Африке, ученые ожидают обнаружить джеты от черных дыр в миллионах далеких галактик, и полученная точка отсчета поможет откалибровать их общую мощность, ведь струи черных дыр являются критически важным источником обратной связи с окружающей средой и ключом к пониманию эволюции галактик.

Таким образом, международной команде ученых впервые удалось прямым наблюдением подтвердить, что джеты черных дыр уносят около 10 процентов энергии аккреции, причем это значение оказалось универсальным для черных дыр разной массы. Работа не только подтвердила ключевые теоретические модели формирования космической структуры, но и предоставила астрофизикам надежную калибровочную основу для будущих исследований миллионов далеких галактик с помощью новых радиотелескопов.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях