Одни из самых мощных объектов во Вселенной — это радиоквазары, вращающиеся черные дыры, выбрасывающие высокоэнергетические частицы. Если приблизиться к ним слишком близко, можно попасть в их гравитационный плен или сгореть от чудовищного жара. Однако, парадоксально, изучение черных дыр и их выбросов помогает ученым находить потенциально обитаемые миры.
Что такое черные дыры?
Черные дыры — это массивные астрофизические объекты, которые за счет гравитации притягивают окружающую материю. Активные черные дыры окружены аккреционным диском — плоским образованием из горячего заряженного газа.
Этот газ поступает из внешних областей галактики. Когда две галактики сталкиваются и сливаются, часть газа концентрируется в центральной зоне слияния и образует аккреционный диск вокруг черной дыры.
В каждой массивной галактике есть одна сверхмассивная черная дыра.
Черные дыры и их аккреционные диски могут вращаться, при этом они искривляют пространство и время вокруг себя. Изучение черных дыр важно, так как они выделяют колоссальное количество энергии, способное влиять на эволюцию галактик.
Как черные дыры создают мощные потоки энергии?
Одним из способов высвобождения энергии являются джеты — струи высокоэнергетических частиц. Черная дыра притягивает магнитные поля и заряженные частицы, а при вращении закручивает магнитные линии в джет, который выбрасывает частицы в космос.
Эти джеты могут либо ускорять, либо подавлять звездообразование в галактике, в зависимости от того, как энергия распределяется.
Вращающиеся черные дыры и квазары
Некоторые черные дыры вращаются в направлении, противоположном аккреционному диску. Это называется контрвращением, и оно играет ключевую роль в формировании радиоквазаров — самых мощных источников энергии во Вселенной.
Если представить черную дыру в виде вращающегося шара, а аккреционный диск — как диск с отверстием в центре, то черная дыра будет вращаться в одну сторону, а диск — в другую. Со временем это приводит к изменению направления вращения дыры, и она начинает вращаться в том же направлении, что и диск — этот процесс называется корротацией.
Джеты наиболее мощны, когда черная дыра вращается быстро. Переход от контрвращения к корротации занимает минимум 100 миллионов лет, а иногда — миллиарды лет.
Когда черная дыра находится в контрвращении, она выбрасывает сильные джеты, которые уплотняют молекулы газа, способствуя звездообразованию. Но когда она переходит в корротацию, джет наклоняется, нагревает газ и подавляет формирование звезд. Кроме того, джеты испускают радиационное излучение, которое вредно для жизни, так как повреждает органические молекулы.
Черные дыры как ориентир для поиска внеземной жизни
Чтобы жизнь могла существовать, необходима планета с благоприятной экосистемой, а облака горячего газа, насыщенные радиационными лучами, таким условиям не соответствуют. Поэтому астрономы могут искать галактики, где джет черной дыры не направлен на окружающий газ.
В 2022 году была разработана модель черных дыр, помогающая выявлять такие благоприятные условия. Она указывает на области Вселенной, где черные дыры способствовали формированию планет, но не подвергали их разрушительному излучению.
Где могут находиться такие условия? Исследования показывают, что в малоплотных регионах космоса, где галактики сливались около 11 миллиардов лет назад.
В этих областях черные дыры на ранних этапах своей жизни создавали мощные джеты, способствовавшие звездообразованию, но позже не проходили стадию корротации с наклоненным джетом. Таким образом, наиболее развитые внеземные цивилизации, вероятно, появились очень далеко и очень давно.
Работает экологическим и научным журналистом более 15 лет. Пишет о науке, культуре, космосе и устойчивом развитии. Внештатный автор сайта «Знание – свет».
