Чорні дірки – це не тихі пилососи з науково-фантастичних фільмів. Вони хаотичні. І дуже бурхливі.
Астрономи, що використовували Велику Південний телескоп (VLT), змогли зазирнути у цей хаос. Об’єктом дослідження став Swift J1727.8-1613 – система, розташована приблизно за 8800 світлових років від Землі. У 2023 році ця конкретна чорна діра пережила період активного харчування, ставши одним із найяскравіших джерел рентгенівського випромінювання, видимих з нашої планети.
Але ось несподіванка. Наслідки виявились не тихими. Вони були “вітряними”.
Чому чорні діри менш ефективні в «живленні», ніж ми думали
Поширене уявлення свідчить, що чорні дірки – це бездонні ями. Речовина падає всередину, світло гасне. На цьому все.
Дані системи Swift J1727.8–1613 говорять про зворотне.
Команда під керівництвом Ноеля Кастро Сегури з університету Уорік спостерігала, як ця чорна діра зривала атмосферу з зірки-компаньйона. Сподівання були простими: побачити, як усе засмоктується за обрій подій. Натомість дослідники побачили складну роботу «травної системи». Частина матеріалу дійсно була поглинена, а значна частина його була викинута назад у космос на величезних швидкостях.
«Те, що ми бачимо, набагато складніше простого проковтування. Речовина падає всередину, система переробляє матеріал, і велика кількість речовини знову викидається назовні».
Вчені виявили щось контрінтуїтивне. Найпотужніші викиди відбувалися тоді, коли «голод» чорної дірки був насправді меншим, ніж передбачалося раніше. Це схоже на те, як хтось доїв їжу, кидає половину її в стіну.
Якщо чорні дірки не можуть навіть утримати свою їжу, що це означає для еволюції зірок?
Спостереження за зміною акреційного диска з часом
Більшість досліджень фіксують лише один момент. Вибух. Спалах. Потім погляд відводиться убік.
Сегура та її колеги не зупинилися. Вони спостерігали за зміною системи в реальному часі, буквально знімаючи «фільм» про поїдання чорною діркою.
Ось як це виглядає з фізичного погляду:
1. Зірка підходить надто близько до чорної дірки.
2. Гравітація чорної діри розриває її.
3. Зоряна речовина не падає всередину безпосередньо – вона має кутовий момент.
4. Воно закручується в структуру, яка називається аккреційним диском.
Диск надігрівається і починає світитися. Тертя та приливні сили «готують» його.
У міру того, як чорна діра викидала струмені плазми, сам акреційний диск змінював форму. Він викривлявся, адаптувався. Зв’язок між падаючою речовиною і струменями, що вивергаються, — це не просто причинно-наслідковий зв’язок. Це петля зворотного зв’язку. Система «спілкується» сама із собою.
І коли період активного харчування завершився? Вітри не зникли разом із ним.
Щільний газ продовжував вирушати геть. Чорна діра продовжувала скидати масу. Дослідники припускають, що загальна кількість матеріалу, викинутого назад у космос, може дорівнювати кількості фактично поглиненої речовини. Половину трапези втрачено. Половину з’їдено.
Як викид струменів змінює моделі зоряної еволюції
Йдеться не просто про одну чорну дірку. Це питання того, як ми розраховуємо життєвий цикл подвійних зірок у масштабах галактик.
Якщо половина речовини викидається, а не акрекується (поглинається), значить, чорні діри ростуть набагато менш ефективно, ніж припускають наші поточні моделі. Це змінює математику. Це змінює часові рамки.
Кайл Соломонс, докторант університету Кейптауна, який брав участь у дослідженні, зазначив, що ми зазвичай спостерігаємо лише «перший акт».
«Ми зазвичай віддаємо перевагу видовищним феєрверкам… але наші спостереження показують, що фінал може бути найінтенсивнішою частиною».
«Космічний розлад травлення» Swift J1727.5–1613 дає найчіткішу картину цього процесу з тих, що будь-коли спостерігалися. Йдеться не лише про те, що гравітація притягує об’єкти усередину. Це також про тиск, який виштовхує їх назовні.
Чорна діра не просто з’їла. Вона поперхнулася. І рясно виплюнула все довкола.
То що відбувається з викинутими зірковими уламками? Чи утворять вони нові зірки? Або вони просто дрейфують у порожнечі? Поки що ми не знаємо. Але тепер ми знаємо, що чорна діра намагалася втримати це. Чи не змогла. І продовжувала намагатися.
