Предположения о раннем росте сверхмассивных черных дыр сделают благодаря работе ученого КФУ

Исследованиями рентгеновского излучения космических объектов, в частности, расположенной в нашей галактике черной дыры SS 433 занимается сотрудник лаборатории «Рентгеновская астрономия» КФУ Сергей Фабрика.

Результаты исследований ученого уже опубликованы в научном журнале «Nature Physics» (импакт-фактор издания – 20).

С помощью полученных исследователем и его коллегами знаний можно будет сделать определенные предположения о раннем росте квазаров – сверхмассивных черных дыр, появившихся в центрах молодых галактик в первые полмиллиарда лет после рождения нашей Вселенной. Для этого исследователи изучают черную дыру SS 433, которая является микрокопией молодых квазаров.

По словам Сергея Фабрики, наблюдать быстрый рост самих квазаров пока не удается, так как при этом выбрасывается множество газа и пыли и самого квазара не видно.

Как известно, квазар является одним из самых ярких в видимой Вселенной астрономических объектов. Его мощность излучения иногда в тысячи раз превышает суммарную мощность излучения всех звезд целой галактики – такой, например, как наш Млечный Путь.

Черная дыра SS 433 - первый открытый микроквазар (двойная звездная система, в которой черная дыра и звезда расположены близко друг к другу, - прим.Авт.). К слову, расстояние между объектами в SS 433 в три раза меньше расстояния от Земли до Солнца.

Примечательно, что масса черной дыры SS 433 примерно в десять раз превышает массу Солнца, и в силу своей колоссальной гравитации черная дыра притягивает с поверхности звезды-соседки газ. Из-за сохранения момента вращения, вокруг черной дыры возникает вращающийся газовый диск, который называется аккреционным. Поток, перемещающийся с поверхности звезды в аккреционный диск, выделяет огромное количество потенциальной энергии. Из-за этого черная дыра SS 433 очень ярко «светит» - примерно в 3 млн. раз ярче, чем Солнце. Кроме того, аккреционный диск испускает рентгеновское излучение.

«Исследуемая нами черная дыра уникальна тем, что ее аккреционный диск - сверхкритический (или сверх-Эддингтоновский), - рассказал Сергей Фабрика. - Он возник потому, что материя с  соседней гигантской звезды перетекает в аккреционный диск черной дыры очень мощным потоком: 6 миллионов миллиардов тонн в секунду (за 11 дней это составляет массу Земли). С таким потоком массы черная дыра не справляется и вокруг нее возникает сверхкритический аккреционный диск.  Он отличается от обычного тем, что избыточный газ раскаляется в нем до нескольких десятков миллионов градусов, а затем с огромной скоростью выбрасывается в космическое пространство через колоссальную воронку, возникающую на оси диска. При этом возникает такой парадокс: астрофизики знают, что есть сверхкритические аккреционные диски, но не имеют прямых доказательств того, какие процессы в них происходят: черные дыры полностью закрыты газом. Единственный признак сверхкритической аккреции – мощный «фонтан» раскаленного газа, извергаемый черной дырой со скоростью, равной четверти от скорости света».

По мнению ученого, важность изучения сверхкритического режима аккреции на черные дыры не подлежит сомнению и имеет огромное значение для астрофизики. С помощью этих знаний можно делать определенные предположения о раннем росте квазаров – сверхмассивных черных дыр, появившихся в центрах молодых галактик в первые полмиллиарда лет после рождения нашей Вселенной. Сейчас они набрали огромную массу – в несколько миллиардов раз большую, чем Солнце. А такое возможно только в режиме сверхкритической аккреции, которой и отличается микрокопия молодых квазаров - черная дыра SS 433.

Дело в том, что наблюдать быстрый рост самих квазаров пока не удается, так как при этом выбрасывается столько газа и пыли, что самого квазара не видно. Однако предположения о раннем росте этих объектов можно делать на основе их микрокопий – черной дыры SS 433, а также объектов ULX в других галактиках.

Ученые утверждают, что их исследования открыли возможность изучения сверхкритических аккреционных дисков под разными углами зрения, в разных двойных системах, и при разных темпах падения газа со звезды-соседки на черную дыру.  

Исследователи планируют продолжать свою работу, в частности, они хотят понять процессы падения газа на черную дыру и формирования струи, которая выбрасывается из канала в сверхкритическом аккреционном диске. Этот канал и сама черная дыра, по словам Сергея Фабрики, визуализируются, но происходящее там – «тайна за семью печатями».