"Чандра" разрешила парадокс черных дыр

Процессы, благодаря которым черные дыры могут захватывать и поглощать большие количества материи из окружающего пространства, на самом деле базируются не только на гравитационных, но также и на электромагнитных взаимодействиях. Это доказано благодаря изучению параметров рентгеновского излучения от газа, окружающего относительно близкую к нам черную дыру в Млечном пути. И хотя конкретные механизмы поглощения материи черной дырой были предсказаны теоретически еще свыше тридцати лет назад (в 1973 году), только теперь впервые - с помощью космической рентгеновской обсерватории "Чандра" (Chandra) - удалось получить наблюдательные подтверждения (и, соответственно, исключить некоторые альтернативные механизмы). Добытые результаты обещают оказать большое влияние на дальнейшее развитие теорий о поглощении материи черными дырами и другими сверхкомпактными квазизвездными объектами (публикация в научном журнале Nature vol 441, p 953).

Как известно, черные дыры (ЧД) обладают очень мощными гравитационными полями и способны притягивать к себе большие количества газа и пыли. Этот материал формирует вокруг ЧД так называемый "аккреционный диск", чем-то напоминающий систему колец Сатурна. Поскольку плотность этого диска весьма велика, частицы в нем разогреваются от взаимного трения и активно излучают в рентгеновском и в других диапазонах. Это излучение астрономы могут зарегистрировать и тем самым получить наблюдательные свидетельства существования черной дыры (или другого сверхкомпактного объекта). По некоторым оценкам, до одной четвертой всего излучения во Вселенной (со времен Большого взрыва) приходится на материал, падающий в "объятья" сверхмассивных черных дыр, то есть именно их гравитация снабжает энергией квазары - самые яркие из всех известных нам объектов.

Однако, как это ни странно, одной лишь силы тяжести недостаточно для того, чтобы интенсивно поглощать газ... Устремляясь по спирали в "глотку" черной дыры, материя должна каким-то образом терять часть своего орбитального момента (или момента импульса), а иначе бы она оставалась на орбите неопределенно долгое время (как это мы наблюдаем в случае с Сатурном). До сих пор процессы потери частицами орбитального момента не удавалось изучить как следует, однако ученые подозревали, что происходит все это из-за магнитной турбулентности в диске. Подобная турбулентность заставляет частицы в диске интенсивно взаимодействовать и терять энергию. Ну а потери орбитального момента в свою очередь позволяют материи все больше сближаться с черной дырой.

Джон Миллер (Jon M. Miller) из Мичиганского университета (University of Michigan) и его коллеги сумели отыскать первое наблюдательное свидетельство того, что именно магнитные поля ответственны за эти процессы, наблюдая двойную систему с черной дырой звездной массы, носящую обозначение GRO J1655-40 (кратко - J1655). По сравнению с межгалактическими расстояниями, GRO J1655-40, конечно, находится совсем "рядом" с нами - всего лишь в 10 тысячах световых лет. Рентгеновский спектр этого объекта (излучение высоионизированных атомов многих элементов - от кислорода до никеля) показывает, что скорость сближения и плотность витков в диске материи, падающей на J1655, соответствуют компьютерным моделям, в которых задействован механизм торможения посредством магнитной турбулентности. Так, например, выясняется, что вещество движется там со скоростью 100 километров в секунду и имеет температуру около 1 миллиона градусов Цельсия. Все это противоречит мысли, что потери можно объяснить одним лишь термодинамическим взаимодействием, поскольку материя тогда должна была бы раскалиться до 50 миллиардов градусов.

Миллер и его сотрудники уверены в том, что новые результаты могут иметь большое значение как для дальнейшего развития теорий поглощения материи черными дырами, роста ЧД и их влияния на окружающую среду, так и при рассмотрении роли магнитных полей при аккреции на другие компактные объекты - вроде нейтронных звезд или белых карликов.

Источники:

Black Hole Paradox Solved By NASA's Chandra - Chandra Press Room

Chandra solves black hole mystery - PhysicsWeb

Magnetic fields snare black holes' food - New Scientist