Астрономы приблизились к разгадке происхождения чёрных дыр: релятивистская струя может указывать на недостающее звено эволюции

Чёрные дыры давно считаются одними из самых загадочных объектов во Вселенной. Несмотря на то что сегодня астрономам известны тысячи таких объектов, один важный вопрос остаётся открытым: каким образом небольшие чёрные дыры, возникающие после гибели массивных звёзд, превращаются в сверхмассивных гигантов, находящихся в центрах галактик?

Новое исследование предлагает ещё одну возможную подсказку. Учёные обратили внимание на релятивистскую струю вещества, обнаруженную у объекта, который может представлять собой так называемое «недостающее звено» между двумя основными классами чёрных дыр. Если эта гипотеза подтвердится, она поможет объяснить один из важнейших этапов эволюции этих космических объектов.

Какие бывают чёрные дыры

На сегодняшний день астрономы уверенно выделяют несколько основных категорий чёрных дыр.

Первая — чёрные дыры звёздной массы.

Они появляются после взрывов массивных звёзд и обычно обладают массой в несколько десятков масс Солнца.

Вторая категория — сверхмассивные чёрные дыры.

Их масса может достигать миллионов и даже миллиардов солнечных масс.

Именно такие гиганты находятся в центре практически каждой крупной галактики.

Главная загадка современной астрофизики

Между двумя этими группами существует огромный разрыв.

Если небольшие чёрные дыры образуются достаточно хорошо понятным способом, то происхождение сверхмассивных объектов остаётся предметом активных исследований.

Возникает естественный вопрос:

каким образом объект массой в несколько десятков Солнц превращается в гиганта, превосходящего его в миллионы раз?

Существует несколько гипотез.

Среди них:

• постепенное поглощение окружающего вещества;
• слияния нескольких чёрных дыр;
• образование очень массивных звёзд в ранней Вселенной;
• комбинированное действие сразу нескольких процессов.

Где искать недостающее звено

Чтобы понять механизм роста чёрных дыр, необходимо обнаружить объекты промежуточной массы.

Такие чёрные дыры значительно тяжелее звёздных, но ещё не достигли размеров сверхмассивных гигантов.

Именно они могут показать, как происходит переход между двумя известными категориями.

Однако найти подобные объекты чрезвычайно сложно.

Они встречаются гораздо реже, а наблюдать их значительно труднее.

Что такое релятивистская струя

Одним из наиболее впечатляющих явлений, связанных с чёрными дырами, являются узкие потоки вещества, выбрасываемые с огромной скоростью.

Их называют релятивистскими струями или джетами.

Несмотря на распространённое заблуждение, сама чёрная дыра ничего не выбрасывает.

Наоборот, вещество стремится упасть внутрь.

Однако часть газа, вращающегося вокруг чёрной дыры в аккреционном диске, под действием сложных магнитных процессов может ускоряться почти до скорости света и покидать окрестности объекта в виде двух противоположно направленных струй.

Почему джеты представляют особый интерес

Подобные структуры позволяют астрономам получать информацию о том, что происходит в непосредственной близости от чёрной дыры.

Изучая джеты, исследователи могут определить:

• скорость движения вещества;
• мощность процессов аккреции;
• направление вращения системы;
• взаимодействие чёрной дыры с окружающей средой.

Кроме того, наличие мощной струи может многое рассказать о стадии эволюции самого объекта.

Новые наблюдения

Авторы исследования обнаружили релятивистскую струю у объекта, который по своим характеристикам может относиться именно к промежуточной категории.

Это особенно важно, поскольку подобные объекты встречаются крайне редко.

Если дальнейшие наблюдения подтвердят первоначальные выводы, исследователи получат уникальную возможность изучить этап роста чёрной дыры, который до сих пор оставался практически неизвестным.

Почему промежуточные чёрные дыры трудно обнаружить

Существует сразу несколько причин.

Во-первых, они значительно слабее сверхмассивных объектов.

Во-вторых, далеко не всегда активно поглощают вещество.

Без яркого аккреционного диска заметить их очень сложно.

Кроме того, многие такие объекты могут находиться в небольших галактиках или плотных звёздных скоплениях, где их сигнал трудно отделить от окружающего излучения.

Как растут чёрные дыры

Современные модели предполагают, что увеличение массы происходит постепенно.

Основные источники роста:

• поглощение межзвёздного газа;
• захват отдельных звёзд;
• слияния с другими чёрными дырами;
• длительное накопление вещества из окружающей среды.

Вероятно, различные механизмы работают одновременно, причём их вклад зависит от возраста галактики и её особенностей.

Почему открытие важно для понимания эволюции галактик

Чёрные дыры тесно связаны со своими галактиками.

Сегодня считается, что развитие центральной чёрной дыры и самой галактики происходит одновременно.

Джеты способны воздействовать на огромные области окружающего пространства.

Они:

• нагревают межзвёздный газ;
• влияют на образование новых звёзд;
• перераспределяют вещество;
• изменяют структуру центральных областей галактик.

Поэтому изучение подобных объектов помогает понять эволюцию не только самих чёрных дыр, но и галактик в целом.

Что предстоит сделать дальше

Одного наблюдения недостаточно для окончательных выводов.

Учёным необходимо:

• уточнить массу объекта;
• измерить параметры струи;
• исследовать окружающее вещество;
• сравнить результаты с другими кандидатами в промежуточные чёрные дыры.

Особенно важными станут новые наблюдения современными космическими и наземными телескопами.

Поиск продолжается

Несмотря на стремительное развитие астрономии, происхождение сверхмассивных чёрных дыр остаётся одной из крупнейших нерешённых задач современной астрофизики.

Каждый новый кандидат на роль промежуточной чёрной дыры помогает постепенно заполнять пробелы в существующей картине.

Даже если конкретный объект впоследствии получит другое объяснение, подобные исследования позволяют совершенствовать модели роста чёрных дыр и лучше понимать процессы, происходящие в самых экстремальных областях Вселенной.

Ещё один шаг к пониманию самых загадочных объектов космоса

Обнаружение релятивистской струи у возможной чёрной дыры промежуточной массы стало важным событием для астрофизики. Оно показывает, что поиск недостающего звена между небольшими и сверхмассивными чёрными дырами постепенно приносит результаты.

По мере накопления новых наблюдений астрономы смогут точнее определить, каким образом во Вселенной появляются гигантские чёрные дыры, существовавшие уже на ранних этапах её истории. Ответ на этот вопрос поможет глубже понять эволюцию галактик и процессы, определившие современный облик космоса.

Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com