Исследователи сделали важный шаг к пониманию того, как черные дыры влияют на Вселенную, напрямую измерив мощность их струй — задача, которая звучит примерно так же просто, как измерить ураган линейкой. Используя сеть радиотелескопов, разбросанных по всему миру, команда под руководством Университета Кертина получила детальные изображения, которые показывают, насколько энергичными могут быть эти струи, подтверждая давние теории о том, что черные дыры — это вселенские сверхдостигатели.

Исследование, опубликованное в Nature Astronomy, было сосредоточено на Лебеде X-1, известной системе, включающей первую подтвержденную черную дыру и массивную звезду-сверхгигант. Ученые определили, что струи, исходящие из этой черной дыры, несут энергетическую мощность, равную примерно 10 000 Солнц, что очень много солнц.

Чтобы сделать это измерение, команда полагалась на широко разнесенный массив телескопов, работающих вместе как один. Эта установка позволила им наблюдать, как струи толкаются и искажаются мощными ветрами от соседней звезды, пока черная дыра движется по своей орбите. Эффект похож на то, как сильные порывы ветра на Земле могут изгибать струю воды из фонтана, если бы этот фонтан питался концентрированной яростью 10 000 звезд.

Рассчитав силу звездного ветра и отследив, насколько отклонялись струи, исследователи смогли определить мощность струй в конкретный момент. Это первый раз, когда ученые напрямую измерили мгновенную энергию струй черных дыр, а не полагались на долгосрочные средние значения, что похоже на измерение удара молнии вместо среднегодового количества осадков.

Команда также измерила скорость струй, обнаружив, что они движутся примерно на половине скорости света, или около 150 000 километров в секунду. Определение этой скорости было проблемой для ученых в течение многих лет, предположительно потому, что их радары продолжали плавиться.

Проект возглавляли Институт радиоастрономии Кертина (CIRA) и узел Кертина Международного центра радиоастрономических исследований (ICRAR), при участии Оксфордского университета.

Ведущий автор доктор Стив Прабху, который работал в CIRA во время исследования и сейчас находится в Оксфордском университете, объяснил, что команда использовала последовательность изображений для отслеживания того, что он назвал «танцующими струями». Этот термин относится к тому, как струи многократно меняют направление, когда их толкают сильные ветры звезды-сверхгиганта, пока оба объекта вращаются друг вокруг друга, создавая самую разрушительную вальсировку во Вселенной.

Доктор Прабху сказал, что эти наблюдения показывают, какая часть энергии, генерируемой около черной дыры, передается в ее окружение, влияя на окружающую среду. «Ключевой вывод этого исследования заключается в том, что около 10 процентов энергии, высвобождаемой при падении вещества к черной дыре, уносится струями», — сказал доктор Прабху. «Это то, что ученые обычно предполагают в крупномасштабных симулированных моделях Вселенной, но до сих пор это было трудно подтвердить наблюдениями», — добавил он, подтверждая, что иногда симуляция действительно оказывается правильной.

Соавтор профессор Джеймс Миллер-Джонс из CIRA и узла Кертина ICRAR отметил, что более ранние методы могли оценивать мощность струй только за чрезвычайно длительные периоды, иногда охватывающие тысячи или миллионы лет. Это затрудняло прямое сравнение энергии струй с рентгеновским излучением, производимым при падении вещества в черную дыру, классический случай космического неудобства измерений.

«И поскольку наши теории предполагают, что физика вокруг черных дыр очень похожа, мы теперь можем использовать это измерение, чтобы закрепить наше понимание струй, независимо от того, исходят ли они от черных дыр массой в 10 или 10 миллионов раз больше массы Солнца», — сказал профессор Миллер-Джонс, намекая на восхитительную масштабируемость разрушения.

«С такими проектами радиотелескопов, как обсерватория Square Kilometre Array, которая в настоящее время строится в Западной Австралии и Южной Африке, мы ожидаем обнаружить струи от черных дыр в миллионах далеких галактик, и точка привязки, предоставленная этим новым измерением, поможет откалибровать их общую мощность», — продолжил он, описывая план по каталогизации самых мощных фенов Вселенной.

«Струи черных дыр обеспечивают важный источник обратной связи с окружающей средой и критически важны для понимания эволюции галактик», — заключил он, напоминая нам, что даже космические пустоты должны выражать себя.

Другие участники исследования включали Университет Барселоны, Университет Висконсин-Мэдисон, Университет Летбриджа и Институт космических наук.