Черные дыры получили свое название благодаря своему гравитационному полю, которое настолько сильное, что ни одна частица, попавшая за их горизонт событий, не может вернуться обратно. Таким образом, после пересечения горизонта событий даже свет, который излучается со стороны тела, находящегося в черной дыре, никогда не сможет выйти за пределы ее горизонта.
Правда, по иронии судьбы, черные дыры также являются одними из самих ярких объектов во Вселенной. Это обусловлено процессами, которые происходят за пределами горизонта событий, — сильное гравитационное поле стягивает огромные объемы материи в аккреционный диск. Процессы, происходящие в диске, сопровождаются яркими джетами – излучениями струй частиц перпендикулярно оси черной дыры, от которых исходит еще больше света, чем от диска, поскольку они взаимодействуют с окружающим межзвездным материалом.
Но, как говорится, во всем есть предел, и в случае энергии, которая вырабатывается материей, попадающей в черную дыру, он называется пределом Эддингтона. В определенный момент излучение, испускаемое аккреционным диском рассеивает окружающую материю, тем самым эффективно отсекая от черной дыры собственный источник для питания. Можно рассматривать предел Эддингтона с точки зрения оптимального объема поглощенной материи; ниже предела – черная дыра может поглотить больше материи, чем может обеспечить окружающая среда, тогда как выше – материя рассеивается прежде, чем может быть поглощена черной дырой. Артур Эддингтон в свое время доказал, что интенсивность излучения не может превышать некого предела, за которым давление фотонов просто отбросит опускающийся на границы черной дыры газ.
Последние наблюдения астрофизиков из США и Австралии за черной дырой, находящейся в галактике Южная Вертушка или M83, позволили им обнаружить, что предел Эддингтона не является абсолютным ограничением в отношении количества энергии, которая излучается в окрестностях черной дыры. Результаты их исследования показали, что эта черная дыра испускает намного больше энергии в виде ускоренных частиц, чем должна была.
Стоит отметить, что вывод, к которому пришли исследователи, удивил не многих. Астрофизики уже давно знают о существовании джетов, но для того, чтобы экстраполировать их на предел Эддингтона, нужно точно определить значение последнего, что в свою очередь требует детального измерения массы черной дыры. Однако это до сих пор является не слишком простой задачей, так как существует значительная неопределенность по поводу массы огромных черных дыр, находящихся в центре большинства галактик.
На относительно близком расстоянии во Вселенной есть ряд областей, где интенсивный источник рентгеновского излучения окружен пузырями горячего ионизированного газа. С большой вероятностью можно утверждать, что эти пузыри были сформированы из частиц, выпущенных черной дырой. Однако, опять же, до недавнего момента исследователи не могли получить достаточно хорошее изображение черной дыры, которое позволило бы определить ее массу.
Это изменилось с открытием микроквазара MQ1 в галактике Южная Вертушка. Ученые полагают, что микроквазары формируются в двойных звездных системах, которые состоят из относительно большой и короткоживущей звезды и ее меньшего компаньона. В момент, когда большая звезда исчерпывает запасы ядерного горючего, на ее месте возникает черная дыра, начинающая поглощать материю у своего соседа. Часть этой материи выбрасывается в виде джетов, движущихся с околосветовой скоростью.
Несколько исследований и множество высокотехнологичного оборудования позволили астрофизикам детально изучить свойства этого микроквазара. Рентгеновская орбитальная обсерватория Чандра смогла идентифицировать точечный источник фотонов в объекте, что в свою очередь позволило определить массу черной дыры (в 115 раз больше массы Солнца). Затем исследователи детально изучили радиоизлучение и определили так называемый ударный фронт, обусловленный заряженными частицами, выпущенными в межзвездный газ. Это позволило оценить общее количество кинетической энергии потоков частиц. В конечном счете, исследователи определились, что в среднем кинетическая энергия, выбрасываемая черной дырой, составляет 3*10 40 эрг/сек или 3*10 33 Вт, что в несколько раз больше предела эддингтоновской светимости для данного типа черной дыры.
Данное открытие может пролить свет на некоторые процессы в ранние периоды формирования Вселенной, когда черные дыры чрезвычайно быстро набирали массу. Исследователи полагают, что сверхмассивные черные дыры в центре галактик играют очень важную роль в их формировании, контролируя объем газа, доступного для образования звезд. Поэтому чем больше энергии они выбрасывают в окрестностях, тем дальше отталкивают межзвездный газ от центра галактики и подавляет возможность образования звезд.
Источник: ArsTechnica и NewScientist