Как чёрные дыры исторгают энергию обратно в космос экспресс
Водоворот заглатывает воду, но большую её часть разбрызгивает вокруг. Примерно так ведёт себя чёрная дыра — область пространства-времени с гравитацией столь мощной, что даже свет не может её покинуть, — когда на неё падает слишком много вещества. В новом исследовании астрофизики провели 32 компьютерных симуляции — численных эксперимента, воспроизводящих физику аккреции, — чтобы понять, как параметры дыры: масса, вращение и темп подачи материи, или «аппетит», — управляют этими космическими фонтанами.
Оказалось, что масса дыры (в диапазоне от 5 до 30 масс Солнца) почти ни на что не влияет. Главные дирижёры — это вращение дыры и темп подачи материи. Дыра заглатывает лишь малую часть того, что к ней летит: от 10 до 40 процентов. Остальное выбрасывается прочь мощными ветрами — потоками частиц, истекающими из аккреционного диска, — и узкими струями, или джетами, — коллимированными потоками частиц, летящих с околосветовой скоростью. Чем быстрее вращение, тем эффективнее работает этот «двигатель»: энергия ветра и джета растёт быстрее, чем увеличивается поток падающего вещества.
Учёные вывели формулы, связывающие светимость, мощность джетов и долю поглощённого вещества с параметрами дыры. Эти закономерности помогут астрономам точнее интерпретировать наблюдения ультраярких рентгеновских источников и других систем, где чёрные дыры работают на пределе своих возможностей. Так мы постепенно учимся читать историю каждого такого водоворота — по тому, сколько материи он возвращает обратно в космос.
Чёрная дыра с массой как у звезды, но с быстрым вращением, может выбрасывать в космос больше энергии, чем выделило бы Солнце за всё время своего существования.
В романе «Аччелерандо» Чарльза Стросса инопланетный зонд использует микро-чёрную дыру как источник энергии, извлекая её из аккреционного диска — примерно так, как описано в этой работе.