Раскрыт механизм саморегуляции черных дыр в галактических ядрах

Чёрные дыры давно перестали быть для учёных безмолвными "пожирателями" материи. Новые наблюдения показывают, что эти объекты активно перераспределяют вещество и энергию вокруг себя, влияя на судьбу целых галактик. В центре этого процесса — сложный баланс между мощными выбросами и ветрами. Об этом сообщает журнал Nature Astronomy.

Как работает активное ядро галактики

Сверхмассивные чёрные дыры находятся в ядрах большинства галактик — от небольших карликовых до гигантских спиральных и эллиптических. Газ и пыль из окружающего пространства постепенно притягиваются к ним, формируя аккреционный диск за пределами горизонта событий. В этом диске вещество разгоняется до релятивистских скоростей и начинает излучать колоссальное количество энергии.

Именно в такие периоды ядро галактики может светиться ярче, чем все её звёзды вместе взятые. Это состояние известно как активное галактическое ядро. Помимо излучения во всём электромагнитном спектре, процесс аккреции создаёт мощное давление, которое воздействует на межзвёздную среду и способно подавлять звездообразование — эффект, ранее связывавшийся с сверхбыстрыми космическими ветрами.

Ветры и струи: два пути выброса материи

Распространённое представление о чёрных дырах как о телах, которые только поглощают вещество, давно устарело. Прежде чем материя исчезает за горизонтом событий, значительная её часть выбрасывается обратно в космос. Это происходит двумя принципиально разными способами.

Первый — релятивистские струи, узкие потоки плазмы, вырывающиеся из полюсов чёрной дыры и простирающиеся на миллионы световых лет. Их подпитывают магнитные поля и вращение самого объекта. Второй — рентгеновские ветры, более широкие и медленные потоки ионизированного газа, которые сдуваются с поверхности аккреционного диска под действием излучения и магнитного давления.

Долгое время оставалось неясно, могут ли эти два механизма работать одновременно и связаны ли они между собой.

Наблюдения, изменившие представление

Чтобы разобраться в этом вопросе, международная команда астрономов под руководством Цзуобина Чжана сосредоточилась на системе 4U 1630-472. Это чёрная дыра массой около десяти Солнц, которая регулярно аккрецирует вещество от звезды-компаньона и переживает яркие вспышки.

Учёные в течение трёх лет наблюдали за объектом с помощью рентгеновского телескопа NICER на борту МКС и радиотелескопа MeerKAT в Южной Африке. Данные показали, что аккреционный диск оставался стабильным, однако система никогда не демонстрировала одновременное наличие сильных ветров и струй. Это стало первым убедительным наблюдательным доказательством того, что два типа выбросов взаимоисключают друг друга — в отличие от процессов, наблюдаемых в активных ядрах далёких галактик.

Механизм саморегуляции

Полученные результаты указывают на существование своеобразного механизма саморегуляции. Чёрная дыра словно "переключается" между двумя режимами, распределяя энергию либо на формирование струй, либо на усиление ветров. При этом суммарный отток массы и энергии остаётся примерно постоянным, так как оба процесса уносят сопоставимые объёмы вещества.

Наблюдения предоставляют убедительные доказательства того, что двойные системы черных дыр переключаются между мощными струями и энергичными ветрами, никогда не создавая и того, и другого одновременно, что подчеркивает сложное взаимодействие и конкуренцию между различными формами выбросов черных дыр.

Исследование также ставит под сомнение прежние представления о том, что характер выбросов определяется только количеством падающего вещества. Всё больше данных указывает на ключевую роль конфигурации магнитных полей в аккреционном диске.

В итоге чёрные дыры предстают не пассивными объектами, а активными регуляторами космической среды. Их "качели" между ветрами и струями напрямую влияют на эволюцию галактик, скорость образования звёзд и структуру Вселенной в целом, открывая новые горизонты для астрофизических исследований.