Найдена аномальная структура вокруг черной дыры

Астрономы Лестерского университета впервые зафиксировали падение вещества в сверхмассивную черную дыру со скоростью, равной 30 процентам скорости света. Это указывает на то, что плазма, вращающаяся вокруг дыры, образует не плоский аккреционный диск, а сложную структуру из хаотичных колец.

Статья ученых опубликована в журнале Royal Astronomical Society.

PG211+143, удаленная более чем на миллиард световых лет от Земли, представляет собой сейфертовскую галактику, то есть галактику с активным ядром, выделяющим огромное количество энергии. В центре ядра располагается кормящаяся сверхмассивная черная дыра, вокруг которой имеется диск из быстро вращающегося вещества. Этот диск излучает мощное электромагнитное излучение, превосходящее предел Эддингтона, то есть сила возникающих полей в некоторых областях превышает гравитационные силы черной дыры. В результате возникают ультрабыстрые выбросы (ultrafast outflows, UFO) плазмы, скорость которых достигает 0,2 скорости света.

Данные, полученные с помощью космического телескопа XMM-Newton и других инструментов, показали, что внутренний диск вокруг черной дыры имеет сложную структуру, в результате чего ультрабыстрые выбросы из разных регионов развивают различные скорости. Результаты предыдущих исследований позволили предположить, что некоторые такие выбросы могут попадать прямиком в черную дыру, что бросает вызов представлениям о плоском аккреционном диске, вещество в котором медленно, по спирали, приближается к горизонту событий.

Расчеты показывают, что на диски в активных галактических ядрах действуют силы, возникающие при эффекте Лензе-Тирринга, который наблюдается вблизи вращающихся массивных тел. Появляются дополнительные ускорения, сходные с ускорением Кориолиса. В результате диск разрывается на отдельные кольца газа, которые начинают смещаться случайным образом. Эти кольца могут сталкиваться друг с другом, в результате вещество в них теряет скорость и падает в черную дыру. При этом остаточный момент импульса, характеризующий вращательное движение, может позволить газу образовать диск меньшего радиуса.

Ученые проанализировали данные, полученные с помощью космического телескопа XMM-Newton, и обнаружили свидетельства существования короткоживущего потока плазмы, направленного в черную дыру с 0,3 скорости света. Это доказывает, что аккреционные диски действительно способны расщепляться.

Астрономы отмечают, что такая хаотичная аккреция сдерживает вращение черной дыры и позволяет ей быстро расти. Это помогло бы решить проблему сверхмассивных черных дыр в ранней Вселенной, которые, согласно одной из гипотез, появились из крупных «зародышей» — черных дыр, непосредственно образовавшихся из гигантских облаков газа или при коллапсе особо больших звезд. Результаты исследования показывают, что в таких массивных зародышах нет необходимости.