ВРАЩАЮЩАЯСЯ ЧЕРНАЯ ДЫРА РАСПЫЛЯЕТ В КОСМОС ПЛАЗМЕННЫЕ ОБЛАКА СО СКОРОСТЬЮ СВЕТА

Схематическое художественное изображение меняющейся струйной ориентации в V404 Cygni. Каждый сегмент (разделенный стрелками часов) показывает струи в разное время, ориентированные в разных направлениях, как это можно увидеть на радиоизображениях с высоким угловым разрешением. Credit: ICRAR
Схематическое художественное изображение меняющейся струйной ориентации в V404 Cygni. Каждый сегмент (разделенный стрелками часов) показывает струи в разное время, ориентированные в разных направлениях, как это можно увидеть на радиоизображениях с высоким угловым разрешением. Credit: ICRAR

Астрономы обнаружили быстро вращающиеся струи, исходящие из черной дыры на расстоянии почти 8000 световых лет от Земли.

Опубликованное в журнале Nature исследование показывает, что струи из черной дыры Сигни (V404 Cygni) ведут себя образом, никогда ранее не наблюдавшимся на столь коротком временном масштабе.

Выглядит это так, что струи быстро вращаются вместе с высокоскоростными облаками плазмы - возможно, с разницей в несколько минут - из черной дыры в разные стороны.

Ведущий автор, доцент Джеймс Миллер-Джонс (James Miller-Jones) из университета Curtin Международного центра радиоастрономических исследований (ICRAR), сказал, что черные дыры являются одними из самых экстремальных объектов во Вселенной.

«Это одна из самых необычных систем класса черных дыр, с которыми я когда-либо сталкивался», - сказал доцент Миллер-Джонс.

«Как и многие черные дыры, Cygni питается ближайшей звездой, оттягивая от звезды газ и образуя диск из материала, который окружает черную дыру и движется к ней под действием силы тяжести».

«Что не так с V404 Cygni, так это то, что как мы думаем, диск материала и черная дыра смещены друг от друга. Это, по-видимому, приводит к тому, что внутренняя часть диска раскачивается, как волчок, и запускает струи в разных направлениях, изменяя ориентацию».

V404 Cygni крупным планом в художественном исполнении. Двойная звездная система состоит из обычной звезды на орбите черной дыры. Материал со звезды падает в направлении черной дыры и закручивается внутрь в аккреционном диске, причем мощные струи запускаются из внутренних областей, близких к черной дыре. Credit: ICRAR
V404 Cygni крупным планом в художественном исполнении. Двойная звездная система состоит из обычной звезды на орбите черной дыры. Материал со звезды падает в направлении черной дыры и закручивается внутрь в аккреционном диске, причем мощные струи запускаются из внутренних областей, близких к черной дыре. Credit: ICRAR

V404 Cygni была впервые идентифицирована как черная дыра в 1989 году, когда она выпустила большой выплеск струй и радиации.

Позднее астрономы, просматривавшие архивные фотопластинки, обнаружили предыдущие вспышки в наблюдениях 1938 и 1956 годов.

Доцент Миллер-Джонс рассказал, что когда в 2015 году в Cygni V404 произошел новый очень яркий всплеск, продолжавшийся две недели, телескопы по всему миру настроились на изучение происходящего.

«Все просто выворачивались наизнанку, лишь бы попытаться наблюдать за всплеском любым телескопом, которые только могли добить до нее», - говорит он.

«Теперь у нас есть этот удивительный набор наблюдений».

Когда доцент Миллер-Джонс и его команда изучили черную дыру, они увидели, что ее выбросы струй ведут себя так, как не наблюдалось никогда раньше.

Там, где обычно считается, что струи выходят прямо из полюсов черных дыр, эти струи выстреливали в разные стороны в разное время.

И они очень быстро меняли направление - в течение нескольких часов.

Доцент Миллер-Джонс сказал, что изменение движения струй происходит из-за аккреционного диска - диска вращающегося вещества вокруг черной дыры.

Он считает, что аккреционный диск V404 Cygni имеет ширину 10 миллионов километров, и его внутренние несколько тысяч километров во время этой яркой вспышки раздулись и колыхались.

«Внутренняя часть аккреционного диска прецессировала и эффективно тянула с собой струи», - рассказывает доцент Миллер-Джонс.

«Вы можете представить это как колебание волчка, когда он замедляется - только в этом случае колебание вызвано теорией общей теории относительности Эйнштейна».

Художественное изображение реактивных выбросов в V404 Cygni. С помощью радиотелескопов видны отдельные яркие облака плазмы, которые были выброшены из самых внутренних областей и перенаправлены внутренним аккреционным диском. Credit: ICRAR
Художественное изображение реактивных выбросов в V404 Cygni. С помощью радиотелескопов видны отдельные яркие облака плазмы, которые были выброшены из самых внутренних областей и перенаправлены внутренним аккреционным диском. Credit: ICRAR

В исследовании использовались наблюдения из системы радиотелескопов под названием «Массив очень длинной базовой линии» (Very Long Baseline Array), этакого радиотелескопа размером с континент, состоящего из 10 тарелок по всей территории Соединенных Штатов, от Виргинских островов на Карибах до Гавайских островов.

Соавтор доктор философии Александра Тетаренко (Alex Tetarenko) - недавняя выпускникница Университета Альберты (University of Alberta) и в настоящее время сотрудник Обсерватории Восточной Азии, работающая на Гавайях, - сказала, что скорость, с которой струи меняют направление, заставила ученых использовать совершенно иной подход к большинству радионаблюдений.

«Как правило, радиотелескопы создают одно изображение за несколько часов наблюдения», - говорит она. - «Но эти струи изменялись так быстро, что на четырехчасовом изображении мы просто видели размытие. Это было все равно, что пытаться сфотографировать водопад с выдержкой в одну секунду». Вместо этого исследователи создали 103 отдельных изображения, каждое длиной около 70 секунд, и объединили их в один фильм. Только благодаря этому получилось увидеть эти изменения за очень короткий промежуток времени.

Соавтор исследования д-р Джемма Андерсон (Gemma Anderson), которая также работает в Университете Curtin в ICRAR, говорит, что колебание внутреннего аккреционного диска может происходить и в других экстремальных событиях во Вселенной, например, в сверхмассивных черных дырах.

Художественное изображение искривленного пространства-времени вокруг вращающейся черной дыры. Черная дыра настолько плотна, что создает разрыв в самой ткани пространства-времени, рассматриваемой здесь как бесконечно глубокий колодец в центре. Когда черная дыра вращается, она тащит за собой пространство-время, вызывая скручивание сетки пространства-времени, показанной здесь. Это приводит к прецессии внутреннего набухшего аккреционного диска. Credit: ICRAR
Художественное изображение искривленного пространства-времени вокруг вращающейся черной дыры. Черная дыра настолько плотна, что создает разрыв в самой ткани пространства-времени, рассматриваемой здесь как бесконечно глубокий колодец в центре. Когда черная дыра вращается, она тащит за собой пространство-время, вызывая скручивание сетки пространства-времени, показанной здесь. Это приводит к прецессии внутреннего набухшего аккреционного диска. Credit: ICRAR