Черная дыра следит за своим весом

Рентгеновский телескоп Chandra помог описать процессы, помогающие черной дыре квазара ограничивать свой рост.

Рентгеновский телескоп Chandra пролил свет на процессы, протекающие в одном из самых редких классов релятивистских объектов во вселенной – микроквазарах. Так астрономы называют тесные двойные системы, периодически выбрасывающие в окружающее пространство струи (джеты) вещества, несущегося с околосветовыми скоростями. В микроквазарах вещество со звездной компоненты, заполнив так называемую критическую полость Роша, начинает перетекать на компактный релятивистский компонент – черную дыру или нейтронную звезду, образуя горячий аккреционный диск. В центре этого диска создаются условия для стремительного выброса вещества в двух джетах, направленных перпендикулярно плоскости диска.

GRS 1915+105

К таким объектам и был отнесен открытый в нашей Галактике сначала в рентгеновском, а после отождествленный и в инфракрасном спектре источник GRS 1915+105. Микроквазар стал излюбленным объектом астрономов, изучающих аккрецию на черные дыры звездных масс. Система была открыта в 1994 году в созвездии Орла близ плоскости Галактики примерно в 40 тыс. световых лет от Земли. В рентгеновском диапазоне у источника время от времени наблюдаются яркие вспышки, которые ранее объяснялись неустойчивостью в процессах выпадения вещества из внутренних областей диска на черную дыру весом в 14 масс Солнца.

Клапан

Теперь спектрограф HETGS телескопа Chandra помог американским ученым понять процессы, происходящие вблизи горизонта событий черной дыры и регулирующие ее рост. С момента запуска в 1999 году телескоп «присматривался» к объекту GRS 1915+105  19 раз. За время этих наблюдений удалось установить, что выбросы релятивистских струй объекта могут на время прекращаться, когда из плоскости аккреционного диска начинает вылетать перегретое вещество. Ученые связывают это с тем, что ветер начинает уносить в разные стороны вещество, питающее джеты, когда этот «клапан» закрывается, джеты образуются снова. «Джеты и ветер вокруг этой черной дыры напоминают нам перетягивание каната. Сначала побеждает одна сила, потом по непонятным нам пока причинам вторая», -- пояснил Джозеф Нейльсен, автор исследования, опубликованного в журнале Nature. Последние наблюдения показали также, что на долю джетов и ветра приходится примерно одинаковый «расход» массы. Это натолкнуло ученых на мысль, что и джеты, и ветер для такого типа объектов являются равноправными «клапанами», посредством которых черная дыра регулирует падение на себя вещества.

«Здорово, что мы на пути объяснения сразу двух вещей: как иссякают джеты и как черные дыры могут регулировать свой рост. Похоже, они могут саморегулироваться лучше, чем финансовые рынки», -- пошутила соавтор исследования Джулия Ли из Центра астрофизики в Гарварде.

Полученные данные позволили реализовать математическую модель, описывающую саморегуляцию аккреционного диска в GRS 1915+105.

На примере микроквазаров астрономы надеются приблизиться к пониманию того, как устроена саморегуляция в удаленных, в миллионы раз более тяжелых настоящих квазарах. «Если квазары и микроквазары ведут себя по-разному, то объяснить это станет большой проблемой, так как гравитация действует в них одинаковым образом», -- объяснил Нейльсен.