Чорні діри не лише затягують речовину, а й повертають частину енергії назад у космос через вузькі потоки плазми — так звані джети. Нове дослідження міжнародної команди вчених показало, як уперше виміряти потужність таких викидів майже «наживо», а не за усередненими слідами за тисячі років.
Як вчені підійшли до вимірювання
Дослідники з Curtin University разом із колегами з Оксфорда зосередилися на системі Cygnus X-1 — одній із найвідоміших у астрофізиці. Вона складається з чорної діри та масивної зорі-надгіганта, що обертаються одна навколо одної. Саме ця система особлива тим, що в ній свого часу вперше надійно підтвердили існування чорної діри, тож астрономи давно використовують її як еталон для перевірки своїх ідей.
Для спостережень команда залучила мережу радіотелескопів, розташованих у різних частинах Землі. Завдяки цьому вдалося отримати серію дуже детальних радіознімків джетів. Головна новизна методу полягала в тому, що вчені не намагалися оцінити середню потужність викидів за дуже тривалий час, як це робили раніше, а стежили за їхньою поведінкою безпосередньо під час руху системи по орбіті.
Чому саме «вигин» джетів став ключем
У Cygnus X-1 чорна діра не ізольована: поряд із нею перебуває надгігант, який продукує надзвичайно сильний зоряний вітер. Цей потік речовини тисне на джети та змушує їх відхилятися в різні боки. На перший погляд така нестабільність лише ускладнює картину, але вчені використали її собі на користь.
Знаючи силу зоряного вітру й вимірявши, наскільки сильно він згинає джети, дослідники змогли «відмотати» процес назад і обчислити реальну потужність цих викидів у конкретний момент. Автор роботи Стів Прабу назвав це спостереженням за «танцюючими джетами», адже їхня форма змінювалася під впливом вітру в міру орбітального руху системи.
Що показали результати
Розрахунки виявилися вражаючими: джети Cygnus X-1 переносять енергію, співмірну приблизно з випромінюванням 10 тисяч Сонць. Крім того, вдалося оцінити і швидкість цих потоків — близько половини швидкості світла, тобто приблизно 150 тисяч кілометрів за секунду.
Ще важливіше те, що приблизно 10% енергії, яка вивільняється під час падіння речовини до чорної діри, не зникає поблизу неї, а відводиться саме джетами в навколишній простір. Для теоретиків це надзвичайно цінний результат: у великих комп’ютерних моделях еволюції галактик таке співвідношення давно закладали як робочу гіпотезу, але спостережно підтвердити його було складно.
Що це дає астрономії
Фізика поблизу чорних дір, як вважають науковці, масштабно подібна: механізми біля об’єкта масою в кілька Сонць можуть допомогти зрозуміти і надмасивні чорні діри в центрах галактик. Саме тому вимірювання на Cygnus X-1 важливе далеко не лише для однієї відомої системи. Воно дає надійну «точку прив’язки» для майбутніх спостережень, особливо з огляду на нові інструменти на кшталт Square Kilometer Array Observatory, який має виявити джети чорних дір у мільйонах далеких галактик.
Дослідження, опубліковане в Nature Astronomy, стало важливим кроком до прямого розуміння того, як чорні діри впливають на свій космічний простір. Воно не лише показало, що джети Cygnus X-1 надзвичайно потужні та швидкі, а й суттєво зміцнило уявлення про те, що саме такі викиди є одним із головних механізмів «зворотного зв’язку», який формує галактики й великомасштабну структуру Всесвіту.
