Астрономы узнали, с какой скоростью материя падает на черную дыру

Материя, которую поглощают черные дыры, движется в сторону горизонта событий всего в три раза медленнее, чем частицы света, что указало на необычную "хаотическую" природу их окружения. К такому выводу пришли ученые, опубликовавшие результаты своих наблюдений в журнале MNRAS.

"В центре галактики, за которой мы наблюдали, живет очень яркая черная дыра массой в 40 миллионов Солнц, не страдающая от недостатка пищи. Нам удалось проследить за тем, как она начала поедать комок материи размером с Землю", - рассказывает Кен Паундс (Ken Pounds) из Лестерского университета (Великобритания).

Космический "пылесос"

Обычные и сверхмассивные черные дыры обладают столь сильным тяготением, что его нельзя преодолеть, не превысив скорость света. Никакие объекты или излучение не могут вырваться из-за границы воздействия черной дыры, которая получила название "горизонт событий".

С другой стороны, как отмечает Паундс, ничто не мешает ученым наблюдать за тем, что происходит с материей, приближающейся к горизонту событий. Изучение ее поведения может пролить свет на тайны внутреннего устройства черных дыр, а также проверку того, правильно ли ученые сегодня понимают природу границы между сингулярностью и "нормальной" Вселенной.

Паундсу и его коллегам удалось получить первые сведения такого рода, указавшие на необычную манеру "обеда" сверхмассивных черных дыр. Они наблюдали за галактикой PG1211+143, расположенной в созвездии Волос Вероники на расстоянии примерно в миллиард световых лет от Земли, используя орбитальную рентгеновскую обсерваторию XMM-Newton.

Еще четыре года назад Паундс и его команда заметили, что выбросы PG1211+143 выглядели крайне необычно - они были расщеплены на несколько разных частей, направленных в случайные стороны, а не были собраны в единый узкий пучок-джет, как это предсказывает теория.

Пытаясь понять, действительно ли это так и как такие выбросы могут формироваться, астрономы попытались проследить за тем, что происходит до того, как черная дыра попытается "съесть" и выплюнуть эту материю.

Для этого ученые долгое время следили за тем, как менялся спектр черной дыры и какие "провалы" в нем возникали. Это позволило им найти следы плотного облака материи, попавшего в окрестности горизонта событий в первых числах июля 2014 года.

Обручи Эйнштейна

Наблюдая за этим объектом, ученые обнаружили, что он разогнался до сверхвысоких значений, около 30% от скорости света, непосредственно перед тем, как это скопление газа и пыли "нырнуло" за горизонт событий.

Столь высокая скорость движения "обеда" черной дыры сильно удивила ученых - компьютерные модели и прошлые наблюдения показывали, что материя не может двигаться быстрее, чем 10% скорости света в последние мгновения ее существования.

Данное ограничение связано с тем, что черную дыру окружает диск аккреции - плоский "бублик" из газа и пыли, разогретый до сверхвысоких температур, "закручивающий" всю падающую материю в спираль. Открытие Паундса и его коллег говорит о том, что материя может падать на горизонт событий черной дыры и иным образом, минуя этот диск и двигаясь по прямой линии в сторону горизонта событий.

Это, в свою очередь, стало возможным, как считают ученые, благодаря тому, что диск аккреции PG1211+143 распался на несколько качающихся, нестабильных узких колец. Они, как показывают расчеты астрофизиков, должны вращаться под углом и периодически сталкиваться друг с другом под действием эффекта Лензе-Тирринга, релятивистского "кузена" силы Кориолиса.

Подобные столкновения "катапультируют" часть их материи в сторону горизонта событий, что позволяет черной дыре захватить и быстро притянуть их к себе, порождая вспышку излучения и "выплевывая" часть пережеванной материи в случайном направлении. Нечто похожее, как считают ученые, часто происходит в окрестностях практически всех крупных черных дыр.

Судя по большому числу вспышек, возникших в окрестностях PG1211+143 в последние годы, этот процесс может играть важную роль в росте и эволюции черных дыр. Если это действительно так, то тогда, как отмечает Паундс, мы получили ответ на одну из главных загадок юной Вселенной - почему первые сверхмассивные черные дыры "толстели" в десятки раз быстрее, чем это возможно с точки зрения теории.