Газовое питание для черной дыры

Гигантская черная дыра находится в 32 миллионах световых лет от Земли.
Фото NASA

Первые увеличительные линзы, изготавливавшиеся Левенгуком, имели форму чечевичного зерна. Поскольку латинское название чечевицы lens, то так и назвали стеклянные линзы, а сходные с чечевицей образования – «лентикулярные». В галактической туманности Лебедя (NGC – Nebular Galactic Cygnus), удаленной от нас на 32 млн. световых лет, была обнаружена лентикулярная галактика NGC 3115, которую «словили» одновременно детекторы космического телескопа «Чандра» и наземный телескоп с очень большой базой (VLT – Very Large base Telescope). «Чандра» назван так по имени известного индийского ученого и нобелевского лауреата по физике Чандрасехара. Именно он пустил в оборот – сначала как пример рабочего сленга – выражение black holes, имеющее в английском не совсем приличное значение.

Как бы то ни было, изображение галактики, полученное в рентгеновском диапазоне, показывает наличие газового потока в направлении супермассивной черной дыры диаметром порядка 70 тыс. световых лет (чуть больше 4 тыс. в рентгеновском диапазоне), располагающейся в галактическом центре. Таким образом, впервые ученым Алабамского университета удалось получить четкую и ясную картину «втягивания» газовой массы в черную дыру.

Результаты, полученные с помощью рентгеновского телескопа, обладающего значительно большим разрешением, подтверждают ранее зафиксированную оптическую картину центра галактики, позволившую предположить наличие в нем дыры с массой свыше двух миллиардов солнечных масс (Мс). Наука пока не знает таких супермассивных черных дыр, расположенных так близко к Земле. Новое наблюдение позволит астрофизикам и космологам решить две проблемы, а именно – установить механизм роста черных дыр и динамику поведения газовой массы в условиях экстремальной гравитации.

Наблюдение за светимостью газа позволило астрономам определить тот порог, за которым движение газовых масс начинает определяться полем тяготения дыры (так называемый радиус Бонди). Под влиянием гравитации газ в полном соответствии с расчетами теоретиков уплотняется и начинает нагреваться, что и обусловливает возрастание его светимости. Нагревание начинается на рубеже примерно 700 световых лет от черной дыры. Скорее всего это и есть «оцифрованное» значение радиуса Бонди.

Количественная оценка показывает, что каждый год примерно 2% Мс в виде газа «засасывается» дырой, вернее преодолевает сферу с радиусом Бонди, чтобы затем «упасть» на поверхность черной дыры. При этом происходит вполне закономерная конверсия энергии газа в его излучение. Определение «энергетического уровня» позволит ученым изыскать в глубинах космоса источник, который как минимум в миллион раз ярче NGC 3115 в рентгеновских «глазах».

Это связано не только с желанием найти более яркий космический «фонарь», под которым лучше видно, но также и с надеждой понять загадку дыр. Дело в том, что никто не может понять, почему они черные. Стандартное объяснение дал еще сам Чандрасехар, который не дожил до рентгеновских обсерваторий космического базирования. Теоретики полагают, что на черные дыры падает достаточно массы, чтобы они ярко светились, и свет, порожденный разогревом газа, должен преодолевать гравитационное поле дыры. Данное преодоление должно образовывать вокруг дыры нечто наподобие нимба.

Однако, говорят авторы исследования, большая часть газа, преодолевающая порог с радиусом Бонди, на саму-то дыру так и не падает и в нее не попадает. Это может быть второй причиной, почему дыры все-таки не «светятся»: попадающая в сферу с данным радиусом масса газа недостаточна для получения необходимого сжатия, почему и его радиация не столь велика. Решать эти противоречия придется уже, по всей видимости, астрономам следующего поколения, когда в космос будут запущены еще более мощные телескопы.

Нечто подобное было уже в биологии: сначала Левенгук со своими «лензами» (lenses), затем просто Гук, создавший первый микроскоп, много позже пришел микроскоп электронный, а затем и сканирующий туннельный, которому теперь «помогают» ядерно-магнитный резонанс и рентгеноструктурный анализ с разрешением 1,5–2,3 ангстрема, то есть полтора-два диаметра водородного атома.