Релятивистские струи самых разных чёрных дыр демонстрируют удивительную похожесть

Чёрные дыры (ЧД) могут весить как 10, так и 20 млрд масс Солнца. Строго говоря, верхней границы нет, а нижняя — предел Оппенгеймера — Волкова — ясна не до конца. Разным массам сопутствуют и разные плотности таких объектов: самые массивные могут быть как вода или даже воздух, а самые лёгкие — в миллиарды раз превосходить по плотности тот же осмий или свинец.

Даже такие разные объекты, как квазары и блазары, демонстрировали релятивистские струи, соблюдающие одни и те же закономерности. (Здесь и ниже иллюстрации NASA.)

Всё это очевидно намекает на то, что по происхождению ЧД разных масс отличаются друг от друга. Скажем, ЧД звёздных масс образуются при коллапсе звезды, сверхмассивные ЧД — при коллапсе межзвёздного газа в ядрах молодых галактик, первичные чёрные дыры вообще могут быть ровесницами Вселенной и формироваться из её первоначальных флуктуаций, а крошечные квантовые ЧД — рождаться и исчезать прямо в ходе некоторых ядерных реакций.

И тем не менее Родриго Неммен да Силва (Rodrigo Nemmen) из Центра космических полётов имени Годдарда (НАСА, США) смог обнаружить, что релятивистские струи, исходящие из практически всех известных на сегодня ЧД (для которых такие струи вообще зарегистрированы), имеют жёсткую связь с массой самой чёрной дыры. Если она весит миллиарды солнц, то её релятивистские струи будут в тысячи раз энергичнее, чем у СМЧД, весящих «всего» миллионы наших светил. 

Повторим: релятивистские струи возникают, когда часть материи, падающей в ЧД у самой границы её горизонта событий, не проваливается в ЧД, а, напротив, с огромной, часто околосветовой скоростью выбрасывается из её окрестностей. Человечество, кстати, располагает чем-то подобным. Тот же Большой адронный коллайдер разгоняет протоны до 99,9999991% от скорости света, так что разница межу ЧД и ускорителем только в мощности: вместо одиночных протонов ЧД выбрасывают до сотен и тысяч солнечных масс в год.

Команда г-на Неммена исследовала 293 случая выбросов релятивистских джетов ЧД и установила, что процент энергии струи, преобразующейся в энергию исходящего от неё излучения (гамма-лучи), одинаков для ЧД самых разных масс, возраста и окружения.

Сегодня у научного мира нет единого и непротиворечивого представления о механизме формирования релятивистских струй. Новая информация, показывающая, что в основе этого явления у всех наблюдавшихся ЧД лежат сходные механизмы, может существенно продвинуть теоретиков по пути осмысления сущности таких околосветовых выбросов вещества из окрестностей чёрных дыр.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Science.

Подготовлено по материалам НАСА.