|
Струи из черных дыр указывают нам где искать жизнь
|
|
|
|
Одним из самых мощных объектов во Вселенной является радиоквазар — вращающаяся черная дыра, выбрасывающая частицы с высокой энергией. Подойдите слишком близко к одной из них, и вас засосет ее гравитационное притяжение или вы сгорите от окружающего ее сильного жара. Но, по иронии судьбы, изучение черных дыр и их струй может дать исследователям представление о том, где во Вселенной могут находиться потенциально обитаемые миры.
|
|
|
|
Как астрофизик, я провел два десятилетия, моделируя, как вращаются черные дыры, как они создают струи и как они влияют на окружающую среду в космосе.
|
|
Что такое черные дыры?
|
|
|
|
Черные дыры - это массивные астрофизические объекты, которые используют гравитацию для втягивания в себя окружающих объектов. Активные черные дыры имеют вокруг себя структуру в форме блина, называемую аккреционным диском, который содержит горячий, электрически заряженный газ.
|
|
|
|
Плазма, из которой состоит аккреционный диск, поступает из отдаленных частей галактики. Когда две галактики сталкиваются и сливаются, газ направляется в центральную область этого слияния. Часть этого газа в конечном итоге приближается к недавно образовавшейся черной дыре и образует аккреционный диск.
|
|
|
|
В центре каждой массивной галактики находится одна сверхмассивная черная дыра.
|
|
|
|
|
|
|
Черные дыры и их диски могут вращаться, и когда они это делают, они увлекают за собой пространство и время — концепция, которая поражает воображение и которую очень трудно понять концептуально. Но черные дыры важны для изучения, потому что они выделяют огромное количество энергии, которая может влиять на галактики.
|
|
|
|
Уровень энергии черной дыры зависит от различных факторов, таких как масса черной дыры, быстро ли она вращается и падает ли на нее большое количество вещества. Слияния подпитывают наиболее энергичные черные дыры, но не все черные дыры питаются газом, образующимся в результате слияния. Например, в спиральных галактиках в центр попадает меньше газа, а центральная черная дыра обладает меньшей энергией.
|
|
|
|
Один из способов получения энергии - это то, что ученые называют "струями" частиц с высокой энергией. Черная дыра может притягивать магнитные поля и окружающие ее частицы с высокой энергией, а затем, когда черная дыра вращается, магнитные поля превращаются в струю, которая выбрасывает частицы с высокой энергией.
|
|
|
|
Магнитные поля скручиваются вокруг черной дыры, когда она вращается, накапливая энергию — примерно так, как если бы вы потянули и скрутили резиновую ленту. Когда вы отпускаете резиновую ленту, она сдвигается вперед. Аналогичным образом магнитные поля высвобождают свою энергию, создавая эти струи.
|
|
|
|
Эти струи могут ускорять или подавлять образование звезд в галактике, в зависимости от того, как энергия попадает в галактику, в которой находится черная дыра.
|
|
Вращающиеся черные дыры
|
|
|
|
Однако некоторые черные дыры вращаются в направлении, отличном от направления окружающего их аккреционного диска. Это явление называется обратным вращением, и некоторые исследования, проведенные мной и моими коллегами, показывают, что это ключевая особенность, управляющая поведением одного из самых мощных объектов во Вселенной - радиоквазара.
|
|
|
|
Радиоквазары - это подкласс черных дыр, которые производят самую мощную энергию и струи.
|
|
|
|
Вы можете представить черную дыру как вращающуюся сферу, а аккреционный диск - как диск с отверстием в центре. Черная дыра находится в этом центральном отверстии и вращается в одну сторону, в то время как аккреционный диск вращается в другую сторону.
|
|
|
|
Это обратное вращение заставляет черную дыру вращаться вниз и, в конечном счете, снова вверх в другом направлении, называемом коротацией. Представьте себе баскетбольный мяч, который вращается в одну сторону, но вы продолжаете постукивать по нему, чтобы он вращался в другую. Постукивание приводит к вращению баскетбольного мяча вниз. Если вы продолжите нажимать в противоположном направлении, он в конечном итоге раскрутится и будет вращаться в другом направлении. Аккреционный диск делает то же самое.
|
|
|
|
Поскольку струи используют энергию вращения черной дыры, они становятся мощными только тогда, когда черная дыра быстро вращается. Переход от обратного вращения к коротационному занимает не менее 100 миллионов лет. Многим черным дырам, которые изначально вращаются в противоположную сторону, требуются миллиарды лет, чтобы превратиться в быстро вращающиеся черные дыры, вращающиеся в противоположную сторону.
|
|
|
|
Таким образом, эти черные дыры будут создавать мощные струи как на ранних, так и на более поздних этапах своего существования, с перерывом в середине, когда струи либо слабые, либо их вообще нет.
|
|
|
|
Когда черная дыра вращается в обратном направлении относительно своего аккреционного диска, это движение создает мощные струи, которые сближают молекулы окружающего газа, что приводит к образованию звезд.
|
|
|
|
Но позже, при коротационном вращении, струя наклоняется. Этот наклон приводит к тому, что струя попадает непосредственно на газ, нагревая его и препятствуя звездообразованию. Кроме того, струя также распространяет рентгеновские лучи по всей галактике. Космические рентгеновские лучи вредны для жизни, поскольку могут повреждать органические ткани.
|
|
|
|
Для процветания жизни, скорее всего, нужна планета с пригодной для жизни экосистемой, а в облаках горячего газа, насыщенного рентгеновскими лучами, таких планет нет. Таким образом, астрономы могут вместо этого искать галактики без наклонной струи, выходящей из черной дыры. Эта идея является ключом к пониманию того, где во Вселенной потенциально мог возникнуть и развиться разум.
|
|
|
|
Черные дыры как ориентир
|
|
|
|
К началу 2022 года я построил модель черной дыры, которую можно было бы использовать в качестве ориентира. Она могла бы указать на среду с черными дырами нужного типа, чтобы создать наибольшее количество планет, не облучая их рентгеновскими лучами. Жизнь в такой среде могла бы раскрыться в полной мере.
|
|
|
|
Где существуют такие условия? Ответ - в местах с низкой плотностью, где галактики слились около 11 миллиардов лет назад.
|
|
|
|
В этих средах были черные дыры, мощные струи которых увеличивали скорость звездообразования, но они никогда не сталкивались с наклонными струями при коротации. Короче говоря, моя модель предполагала, что теоретически самая развитая внеземная цивилизация, вероятно, появилась бы на космической сцене далеко отсюда и миллиарды лет назад.
|
|
|
|
Источник
|
