Гравитационное притяжение черной дыры настолько велико, что даже свету не удается вырваться, если подойдет на критически близкую дистанцию. Но у вас есть шанс спастись. Правда, для этого нужно быть субатомной частицей.
По мере поглощения черными дырами вещества в окружающей среде, они также выплескивают мощные струи горячей плазмы с электронами и позитронами. Перед тем, как частицы достигают горизонта событий (точка невозврата), они начинают ускоряться. При движении со скоростью, приближенной к скорости света, эти частицы рикошетом выбрасываются из горизонта событий и выталкиваются наружу вдоль оси вращения черной дыры.
Явление именуют релятивистскими струями. Это гигантские и сильные потоки частиц, излучающих свет. Ученые десятками лет наблюдали за такими струями, но никто не понимает точно, как убегающие частицы получают необходимую энергию.
Чтобы найти ответ, исследователи разработали новый набор симуляций для суперкомпьютера, которые объединили теории десятилетней давности, чтобы предоставить новое представление о механизмах плазменных струй, позволяющих воровать энергию из мощных гравитационных полей черных дыр.
Моделирование впервые объединяет теорию, которая объясняет, как электрические токи вокруг черной дыры скручивают магнитные поля в струи, с теорией, где раскрывается, как пересекающие горизонт событий частицы могут снижать общую энергию вращения черной дыры. Модель должна была учитывать не только ускорение частиц и исходящий из релятивистских струй свет, но также способ, которым создаются позитроны и электроны (столкновение фотонов высоких энергий, вроде гамма-лучей). Это парное формирование, способное трансформировать свет в материю.
Результаты нового моделирования радикально не отходят от предыдущих выводов, но предоставляют некоторые интересные нюансы. К примеру, удалось найти большую совокупность частиц, чьи релятивистские энергии отрицательны, что измеряется наблюдателями вдали от черной дыры. Когда они падают в черную дыру, то ее общая энергия сокращается.
Кроме того, ученые столкнулись с сюрпризом. Оказалось, в черную дыру поступает так много частиц с отрицательной энергией, что извлекаемая при падении энергия сравнима с показателями от окружающего магнитного поля. Если наблюдения это подтвердят, то влияние частиц с отрицательной энергией настолько сильное, что способно изменить ожидания в отношении спектров излучения от струй черных дыр.
Команда планирует улучшать модели, сравнивая данные с реальными наблюдениями обсерваторий, вроде телескопа Event Horizon (его цель – сделать первые фотографии черной дыры).