Галактические электростанции: учёные раскрыли один из ключевых тайн черных дыр.

Черные дыры могут выделять больше энергии в окружающее пространство, чем считалось ранее, и чем быстрее они вращаются, тем более эффективно происходит извлечение этой энергии. Астрофизики выяснили, как диски из горячей плазмы, вращающиеся вокруг черных дыр, могут стать мощными источниками энергии для галактик. Исследование опубликовано в журнале The Astrophysical Journal, сообщает Space.

Физики давно выдвинули теории о том, что энергия извлекается из вращения черных дыр благодаря магнитным полям и направляется в мощные струи высокоэнергетических частиц, вырывающихся из полюсов черных дыр. Однако учёные не были уверены в многих аспектах этого процесса, включая то, что определяет количество преобразуемой энергии. Теперь астрофизики смоделировали работу аккреционного диска вокруг сверхмассивной черной дыры, чтобы получить ответы на свои вопросы.

По словам авторов исследования, известно, что материя, падающая в черную дыру из аккреционного диска, состоящего из горячей плазмы, может извлекать энергию вращения черной дыры. Это энергия, возникающая из-за вращения этого объекта, и считалось, что она играет важную роль в питании струй черной дыры.

Новое моделирование, тем не менее, показывает, что из черных дыр извлекается значительно больше энергии, чем предполагалось ранее. Эта энергия может проявляться в виде света, освещая области вблизи горизонта событий черной дыры.

Астрофизики уже долгое время исследуют черные дыры и их взаимодействие с родными галактиками, стремясь понять, как сверхмассивные черные дыры в центрах галактик создают активные ядра и струи, вылетающие почти со скоростью света. Часто активные ядра галактик настолько яркие, что затмевают суммарный свет всех звезд в галактике, и это требует значительных объемов энергии, которая должна откуда-то поступать.

Предыдущие исследования показали, что магнитные поля черной дыры играют важную роль в этом процессе. Авторы нового исследования хотели понять, как происходит извлечение энергии в таких сильно намагниченных средах.

Новое моделирование астрофизиков воспроизводило физику горячей плазмы в искривленной ткани пространства-времени и областях высокой гравитации вокруг черных дыр. Это дало возможность учёным наблюдать, как магнитные поля взаимодействуют с черными дырами, вращающимися с различными скоростями, и изучать эффективность извлечения энергии.

Моделирование показало, что от 10% до 70% энергии, извлекаемой из вращения черных дыр, направляется в струи. Чем быстрее вращается черная дыра, тем больше энергии она может выделить, утверждают физики. Остальная часть энергии, извлеченной из вращения черной дыры, но не направленной в струи, либо поглощается аккреционным диском, либо рассеивается в виде тепла.

Физики также обнаружили, что сила магнитного поля увеличивала яркость аккреционного диска черной дыры. Это может объяснить, почему некоторые активные ядра галактик значительно ярче, чем предсказывают теоретические модели.