Физики измерили реальную мощность чёрной дыры Cygnus X-1 по форме её джетов

Чёрные дыры играют роль фундаментальных энергетических двигателей космоса, генерируя колоссальные выбросы, определяющие эволюцию целых галактик. Однако до недавнего времени у астрофизиков отсутствовали инструменты для оценки их мгновенной мощности, и они вынуждены были довольствоваться лишь усреднёнными данными, охватывающими миллионы лет.

Изучение Cygnus X-1 — тесной двойной системы, состоящей из голубого сверхгиганта и чёрной дыры массой в 21 раз больше Солнца — позволило закрыть этот пробел. Команда радиоастрономов и теоретиков применила струю плазмы, исходящую из недр чёрной дыры, в качестве своеобразного космического «флюгера», чутко реагирующего на давление потоков вещества от звезды-компаньона.

Таким образом, учёным впервые удалось экспериментально подтвердить эффективность процесса преобразования аккрецирующей материи в кинетическую энергию выброса. Ранее эта величина оставалась лишь теоретическим допущением, на котором базировались масштабные космологические модели. Теперь же обнаруженная деформация джета предоставила эмпирическое доказательство: чёрные дыры возвращают в окружающее пространство порядка 10% энергии аккреции, тем самым регулируя процессы звездообразования в галактиках посредством механизма кинетической обратной связи.

Столь значимый результат стал возможен благодаря титаническому труду по обработке архивов радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (VLBI), накопленных за последние два десятилетия. Чтобы детально изучить спиральную структуру джета и его отклонение под воздействием звёздного ветра, исследователи применили метод стекинга — наложение и суммирование тысяч изображений. Это позволило не только детально рассмотреть основной выброс, но и выявить крайне слабый «удаляющийся» джет, яркость которого значительно снижена из-за релятивистских эффектов. Анализ подтвердил, что плазменный поток движется со скоростью, достигающей 76% от световой, сохраняя при этом удивительную стабильность.

Более того, исследование разрешило давний научный спор относительно геометрической конфигурации системы. Если недавние данные, полученные с помощью рентгеновской обсерватории IXPE, указывали на значительный наклон оси вращения чёрной дыры относительно орбитальной плоскости (до 30°), то изучение изгиба джетов доказало, что этот перекос не превышает 8,2°. Это подтверждает традиционную модель формирования объекта: чёрная дыра в системе Лебедь X-1 образовалась в результате прямого коллапса массивного светила, минуя катастрофический взрыв сверхновой, который мог бы дестабилизировать систему и изменить наклон оси.

Проведённая работа делает Cygnus X-1 эталонным объектом для релятивистской астрофизики. Вычисленные показатели мощности и скорости станут основой для калибровки моделей чёрных дыр различных классов — от объектов звёздных масс до сверхмассивных гигантов, находящихся в активных ядрах далёких галактик.

Международная группа учёных не просто уточнила характеристики конкретного объекта, но и создала надёжный аналитический инструмент, открывающий путь к пониманию того, как гравитация наиболее плотных тел во Вселенной определяет архитектуру галактических структур.

Источник: iXBT