Вы можете с ужасом готовиться к масштабному праздничному застолью, но представьте астрофизиков, ломающих голову над тем, как же питается сверхмассивная черная дыра.
Это наиболее массивные объекты в известной Вселенной. Они обитают в центрах большинства галактик и могут весить от миллионов до миллиардов раз больше солнечной массы. Во Млечном пути есть Стрелец А, скрывающийся в ядре галактики около 20000 световых лет от Земли с массой в 4 миллиона раз больше Солнца. Хотя мы и знаем о существовании этих гравитационных чудовищ, нам все еще сложно понять, как они вырастают до таких размеров и как их рост связан с эволюцией их галактик.
Но нам известно, что если какой-то объект располагается на опасно близком расстоянии, то его разорвут до состояния перегретого газа (плазма) – вроде чрезвычайно горячего космического смузи, готового к употреблению. Эта плазма превращается в аккреционный диск, медленно попадающий в горизонт событий черной дыры (граница, окружающая дыру, где гравитационные искривления пространства настолько велики, что даже свет не может выйти). Как и следовало ожидать, в них много радиации. Эти мощные свойства проявляются в интенсивном радио и рентгеновском излучении и их присутствие – сигнал того, что черная дыра сейчас обедает.
Хотя их физика выглядит понятной, существует много объектов, которые должны активно питаться, но не производят интенсивно излучающих дисков. Словно они выходят на ночной перекус, а Вселенная не знает об этом. Эта ситуация происходит и со Стрельцом А. Хотя у нее и есть аккреционный диск, но астрономы называют его «радиационно неэффективным». То есть, он генерирует меньше радиации, чем ожидалось.
«Отсюда и вопрос: почему диск такой спокойный?», – говорит астрофизик Мэтью Кунц из Департамента энергии из Принстонской физико-плазменной лаборатории (PPPL).
Для того, чтобы разобраться в проблеме команда Кунца предложила сосредоточиться на том, что происходит на маленьких масштабах аккреционного диска. Хотя он, несомненно, горячий и заполнен частицами, их исследование позволяет предположить, что этот диск сравнительно разбавленный (отдельные протоны и электроны редко ударяют друг друга). Отсутствие такого взаимодействия, вероятно, и отличает его от других дисков.
Классическая модель дисков была разработана по формуле 1990-х годов, которая видит плазму как проводящую электричество жидкость с сильно взаимодействующими между собою частицами. Но если применить эту формулу к диску Стрельца А, то он не производит выбросов, предсказанных моделью. Это проблема, ведь в нашем понимании жидкость не сталкивается, а значит частицы не могут идти вниз по спирали к горизонту событий, и дыра голодает. В общем, если следовать только этой модели, то черная дыра никогда не сможет поглотить материю в диске.
Так, в новом исследовании, опубликованном в журнале «Physical Review Letters», команда воспроизвела движение отдельных частиц, вращающихся вокруг черной дыры в аккреционном диске без столкновения, чтобы объяснить слабые выбросы. Но чтобы сделать это, нужно написать сложный код «который производит более точные модели (по сравнению с астрофизическими наблюдениями), прогнозирующие излучения от черной дыры в галактическом центре», – сказал Кунц.
Благодаря мощным компьютерам этот новый «кинетический» код, может объяснить, как такая сверхмассивная дыра создает так мало радиации во время своего пира в космическом пространстве.