Вылететь в черную дыру

Видны две струи, уходящие вертикально в противоположных направлениях.
Фото Reuters

Астрофизическая теория гласит, что черные дыры представляют собой космических «каннибалов», пожирающих все, что оказывается в поле их гигантского тяготения. Это особенно хорошо видно в инфракрасном спектре. Для проведения подобных наблюдений в космос запущен «мудрый» WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) – исследовательский зонд, регистрирующий излучения широкого диапазона. Недавно он передал на Землю очень информативное изображение черной дыры GX 339-4, образовавшейся после взрыва звезды. Дыра, как обычно, собрала вокруг себя красный аккреционный диск. Термин «аккреция» переводится как «собирающий» (сравни: аккредитация, конкретный, креативный и т.д.).

Диск буквально высасывает и пожирает материю из приблизившейся к дыре другой звезды. Поглощаемый материал закручивается по крутой траектории, входя в воронку черной дыры. Избыток энергии и вещества все же вырывается в виде двух струй-джетов (jets), уходящих перпендикулярно плоскости диска в разных направлениях. Столь четкую, яркую и весьма редкую картину динамики процессов, происходящих как в самой черной дыре, так и в ее ближайших окрестностях, удалось зафиксировать впервые.

Величина и выраженность джетов позволяют ученым количественно определить события гигантского масштаба, протекающие в экстремальном окружении дыры. Ранее джеты регистрировали в радиодиапазоне, а также в рентгеновских и гамма-лучах. WISE позволил астрофизикам сфокусировать «линзы» на внутреннюю область, окружающую основание джетов.

Черная дыра GX 339-4 массой в шесть солнечных находится на расстоянии 20 тыс. световых лет от нас, в непосредственной близости от центра Млечного Пути. Сопровождающая ее звезда-«компаньон» своей массой подпитывает дыру. Почему возникают джеты, пока не ясно, но скорость их распространения приближается к световой (релятивистской). Это делает их особенно ценными объектами наблюдения.

Поймать вырывающиеся джеты непросто, поскольку их появление непредсказуемо, так что это большая удача WISE, делающего снимки каждые 11 секунд вот уже на протяжении целого года. Джеты оказались весьма капризными и чрезвычайно активными. Их «флюктуации» продолжались от десятка секунд до нескольких часов, при этом они «выстреливали» на расстояние примерно 24 тыс. километров, хотя струя могла растягивать и в 10 раз больше.

Столь детальная характеристика джетов позволила также определить, что величина магнитного поля черной дыры в 30 тыс. раз больше, чем на поверхности нашей планеты. Учитывая все это, ученые полагают, что дыра представляет собой самую настоящую магнитную пушку, разгоняющую и фокусирующую джеты.

Однако струи, генерируемые полем дыры, могут представлять самый что ни на есть земной интерес. Дело в том, что ученые уже давно научились получать мощное рентгеновское излучение при «загибе» электронных пучков, разгоняемых на линейных ускорителях. Нечто подобное происходит в результате накачки фотонов, когерентный поток которых формирует лазерный луч. Под когерентностью понимают совпадение длин волн и, следовательно, частот колебаний квантов света (фотонов). Именно поэтому луч этот похож на идущий по Красной площади стройными рядами полк солдат, упорядоченность хода которых отличается от хаотического движения толпы. Свет обычной лампы является некогерентным.

Пару лет была высказана идея о том, что «осеменение» – seeding – потока электронов фотонами лазерного луча повышает энергию электронов и способствует генерированию рентгеновских лучей. Сотрудникам стэнфордского линейного ускорителя, используя инфракрасный лазер с длиной волны 1590 нанометров, удалось действительно получить не привычные ультрафиолетовые лучи, а именно рентгеновские. Сделан тем самым существенный шаг на пути создания лазера с «мягким» рентгеновским лучом. Сотрудники сообщили недавно о своем успехе в журнале Physical Review Letters.

И вот теперь подобный же эффект обнаружен в космологических масштабах.