Интересное открытие совершили астрономы, работающие с данными космического телескопа «Чандра»: они обнаружили рекордный по силе «ветер», дующий из окрестностей черной дыры звездной массы. Скорость «ветра» достигает 32 миллионов км/ч или 3% от скорости света! Эта скорость примерно в 10 раз выше, чем у предыдущего рекордсмена и характерна, скорее, для гигантских черных дыр с массой в миллионы и миллиарды масс Солнца.

Здесь читатель может спросить: о каком «ветре» идет речь, если в космосе царит почти полный вакуум? Все так. Под «ветром» астрономы понимают вещество, выбрасываемое из аккреционного диска, в который оно закручивается перед тем, как упасть на черную дыру. Вот именно движение этой материи прочь из диска и сумели измерить астрономы. Делается это не только для того, чтобы понять поведение вещества в окрестностях коллапсаров (нейтронных звезд и черных дыр), но и исследовать свойства самих экзотических объектов.

На этот раз внимание ученых было обращено на двойную систему IGR J17091-3624 (для краткости просто IGR J17091), которая находится на расстоянии 28000 световых лет в созвездии Скорпиона. Один из компонентов системы — звезда солнечного типа, а другой — черная дыра с предположительной массой в 3-6 солнечных. Существование черной дыры в системе было впервые заподозрено в 2003 году российскими астрономами А. Лутовиновым и М. Ревнивцевым. С тех пор система неоднократно исследовалась разными научными группами, и в 2011 году, в частности, было выявлено, что черная дыра в IGR J17091-3624, вероятно, самая маленькая из известных.

Что касается определения скорости «ветра», то в общих чертах он довольно прост. Черная дыра перетягивает вещество со звезды-компаньона; закручиваясь в аккреционный диск, плазма разогревается до сверхвысоких температур под действием трения и начинает излучать в рентгеновском диапазоне спектра. Исследуя спектр с помощью «Чандры», ученые определяют скорость и направление движения вещества в диске. Делается это с помощью тончайших измерений смещения спектральных линий в «синюю» или «красную» области рентгеновского спектра (пресловутый эффект Доплера).

Как результат, обнаружена удивительно большая скорость истечения вещества из диска, поразившая первооткрывателей.

«Это похоже на космический эквивалент ветров урагана пятой категории, — сказал Эшли Кинг (Ashley King) из Университета Мичигана, ведущий автор исследования. — Мы не ожидали увидеть такие мощные ветры у такой черной дыры, как эта».

«Огромный сюрприз, что эта относительно небольшая черная дыра способна разогнать вещество до скоростей, которые мы обычно наблюдаем только в случае гигантских черных дыр, — это слова Джона Миллера (Jon M. Miller), также из Университета штата Мичигана. — Другими словами, это черная дыра работает гораздо выше своей „весовой категории“».

черная дыра IGR J17091 -3624

Звездный ветер, дующий в окрестностях черной дыры IGR J17091-3624. Ветер образуется из материала звезды-спутника, чье вещество перетекает на черную дыру. Источник: NASA/CXC/M.Weiss

Самый любопытный (и неожиданный!) момент в этой истории заключается в том, что «ураган», окружающий черную дыру, может выбрасывать прочь гораздо больше материала, чем падает на саму черную дыру!

Вопреки общераспространенному мнению, что черные дыры затягивают все вещество, которое оказалось достаточно близко от них, в случае с IGR J17091 до 95 процентов материала диска выбрасывается прочь из диска ветром.

В отличие от ветров и ураганов на Земле, ветер в системе IGR J17091 дует в разных направлениях. Эта деталь отличает его и от джетов, которые так любят изображать художники, рисуя черные дыры. (Джеты — это очень узкие пучки вещества, направленные перпендикулярно плоскости аккреционного диска. Скорость материи в джетах может приближаться к скорости света.)

Кстати говоря, в случае IGR J17091 обнаружено, что пресловутые джеты наблюдались только в те моменты, когда «ветер» немного стихал. Это согласуется с наблюдениями других черных дыр звездной массы и подтверждает гипотезу, что ветра у черных дыр «глушат» джеты.

Астрономы считают, что и джеты и ветра в окрестностях черных дыр возникают под действием магнитных полей черной дыры. Геометрия магнитного поля и количество вещества, падающего на черную дыру определяют, что именно образуется — джеты или ветер.

В заключение остается добавить, что статья с результатами исследования будет опубликована 20 февраля в журнале Astrophysical Journal Letters. Но уже сейчас ее можно прочитать в препринтах.