Черные дыры – электрогенераторы Вселенной

Струя-джет, устремленная в пространство из центра аккреционного диска; линии у ее основания – силовые линии магнитного поля. Иллюстрация Physorg

Известно, что Исаак Ньютон был сторонником корпускулярной теории света, будто бы составленного из мельчайших корпускул. Его оппоненты полагали, что свет представляет собой волну, что и доказал в 1809 году врач Томас Юнг, открывший интерференцию, или «взаимовмешательство», волн света. Много позже было доказано, что свет представляет собой единение двух полей – электрического и магнитного.

Квантовая физика постулировала существование спина, или вращения электрона и протона вокруг своей оси. В обычной жизни, вернее в классической физике, оси спинов направлены в разных направлениях. Однако их с помощью внешнего воздействия можно выровнять, как солдат на плацу. На этом основан принцип магнито-резонансной томографии, позволивший увидеть не только кости, но и мягкие ткани, а также мозг.

Спин, как квантовая мера вращения элементарных частиц вокруг своей оси, имеет аналог в обычном мире – волчок и юла. Не удивительно, что и в гигантских масштабах космоса срабатывают те же законы организации материи. Прекрасным примером является наша Галактика Млечный Путь, в центре которой «покоится» сверхмассивная черная дыра, масса которой в миллиарды раз больше солнечной.

Дыру астрономы наблюдать непосредственно пока не могут. Однако ее присутствие выдает мощный аккреционный диск. Диск формируется огромными массами газа и космической пыли, собираемыми мощнейшим гравитационным полем черной массы в его центре, которая буквально пожирает их. Проводя аналогию, можно сравнить диск со знаменитыми кольцами Сатурна, которые вращаются вокруг планеты, но их массу не сравнить с таковой диска.

Слои аккреционного диска тоже «крутятся», причем скорость их вращения тем больше, чем они ближе к дыре. Ускорение вращения внутренних слоев приводит к их разогреву, в результате чего часть массы буквально срывается с полюсов дыры, образуя мощные струи, устремляющиеся в пространство на сотни тысяч, а то и миллионы километров.

В 2015 году пришло сообщение о выбросе газа из пределов черной дыры в центре Млечного Пути. Газ был настолько разогрет, что его в районе созвездия Стрельца увидел орбитальный рентгеновский телескоп. Сам выброс массы газа произошел в сентябре 2014 года, и он был в 400 раз мощнее обычного фона. Предполагается, что такого рода события происходят в результате «пожирания» черной дырой слишком приблизившегося к ней гигантского астероида или сжатия магнитного поля, энергия которого трансформируется в рентгеновское излучение чрезмерно ускорившихся частиц. Если оси струй-джетов направлены под небольшим углом по направлению к Земле, то земные телескопы начинают видеть эти струи.

Со школы известно, что вращение рамки между полюсами магнита порождает ток в металле; в свою очередь, протекание тока генерирует магнитное поле. Про вращение слоев аккреционного диска уже говорилось. Но пока неизвестно, есть ли вращение поглощенных масс в черной дыре.

Известно, что черные дыры имитируют условия гравитационного коллапса, приведшие к Большому взрыву. После наступило так называемое темное время, когда электрические и магнитные поля были разделены. В результате света как единого электромагнитного излучения не было. (Так же, по всей видимости, были разделены и кварки с глюонами, поэтому не было протонов и нейтронов, а значит, и атомов – их объединение началось по мере охлаждения.)

Существование магнитного поля в струях предполагало наличие его и у их основания, однако доказать это удалось совсем недавно, о чем свидетельствует публикация астрономов из Технологического университета и Космической обсерватории шведского г. Онсала в Science. Скандинавские ученые проанализировали данные Большого миллиметрового телескопа в чилийской пустыне Атакама (ALMA) и обнаружили присутствие сигнала поляризации, или ротации Фарадея. Регистрация сигнала мощностью в десятки, а возможно, и более гаусс свидетельствует о наличии мощного магнитного поля у основания джета.

Авторы статьи подчеркивают, что величина сигнала отражает силу магнитного поля и электронную плотность по оси джета, уходящего в пространство на световые дни. По мере удаления от черной дыры частота колебаний заметно снижается, и это свидетельствует о меньшей энергии. В работе говорится также, что мощнейшие магнитные поля черных дыр могут быть «драйверами» мощных процессов в активных галактических ядрах.