Вокруг вращающихся черных дыр образуется не диск, а 3D-бублик

Чаша телескопа Аресибо и символическое изображение радиоволны от FRB. Фото Physorg

Журнал Nature на обложке своего первого в 2018 году номера поместил фото 305-метровой чаши телескопа Аресибо в горах Пуэрто-Рико. Над ней нависает радиолинза для фокусировки приходящих из глубин космоса сигналов. Интерес престижного научного издания был связан с недавней регистрацией внегалактических радиовсплесков миллисекундной продолжительности.

По аналогии с кратковременными гамма-всплесками (GRB – Gamma-Ray Bursts) такие источники получили сокращенное название FRB – Fast Radio Bursts. Интересно, что журнал сообщал об одном из них еще в 2016 году, но тогда это не привлекло большого внимания. Открытие было сделано с помощью телескопа в Пуэрто-Рико, поскольку FRB находится в зоне активного звездообразования карликовой галактики, расположенной в туманности Тарантула, что в Большом Магеллановом Облаке. Туманность ядовитого паука расположена на расстоянии 160 тыс. световых лет от Млечного Пути.

Авторы статьи в Nature полагают, что всплески вызваны экстремальным намагничиванием ионизированного окружения, вращающегося с большой скоростью. Такое вращение характерно для сверхмассивных черных дыр массой более 10 тыс. солнечных. Это «роднит» выявленный источник FRB с набирающей массу дырой или весьма юной нейтронной звездой.

Редактор журнала Science, сообщая об открытии астрономов из Оксфорда, наблюдавших за 800 звездами в туманности Тарантула, назвал ее «беби-стар» (baby star). Интерес к ней связан с тем, что подобного рода галактические «ясли» бурного звездообразования аналогичны условиям ранней Вселенной, поскольку область весьма разогрета и бедна тяжелыми металлами.

Одновременно с публикацией в Nature Александр Чеховской с коллегами по Северозападному университету в Бостоне и Амстердамскому университету рассказали о компьютерном моделировании черной дыры. Результаты, представленные в журнале MNRAS, показывают, что вращающаяся дыра «увлекает» окружающее ее пространство-время, также заставляя его вращаться. Моделирование показало, что вокруг дыры образуется не диск, а тор, то есть 3D-«бублик», в центре которого и находится черная дыра. Вместе с нею вращаются и колеблющиеся струи, имеющие форму конусов, обращенных своим острием к дыре.

Время от времени часть внутренних слоев тора «падает» на дыру, что также вызывает радиовсплески, порождая квазизвездный эффект (квазаров): излучение есть, а звездного объекта нет. Интерес к данным моделирования связан с тем, что черная дыра может быть одним из источников FRB.

Согласно наблюдениям специалистов Японской национальной обсерватории, радиозвучание квазаров может быть весьма громким. Они обследовали почти 8 тыс. квазаров, определив, что наиболее мощным является ионизированный кислород. Авторы сообщили в журнале Astrophysical J. Lettetrs, что их подход позволит определять в будущем скорость вращения черных дыр по их радиозвучанию. Одна из их статей так и называется: «Свидетельство большего вращения черной дыры в квазарах большой радиогромкости».

Вторым генератором быстрых радиовсплесков могут быть нейтронные звезды, открытие которых некогда подарило миру пульсары с их «пульсирующими» сигналами. Сотрудники Франкфуртского университета определили предел массы, которую может иметь нейтронная звезда. Расчеты, приведенные в Astrophysical J. Lettetrs, показывают, что в силу гигантской гравитации звезда с радиусом не более 12 км не может иметь массу, которая в 2,16 раза больше солнечной. Столь точный расчет стал возможен благодаря недавней регистрации гравитационных волн, пришедших от сверхновой звезды Kilonovа, образовавшейся в результате слияния двух «нейтронок».

Специалисты уверены, что гравитационная астрономия позволит в ближайшем будущем наблюдать такого рода события. Это существенно расширяет возможности наблюдения. Кстати, моделирование слияния двух нейтронных звезд допускает появление на короткое время стабильного звездного образования, вращение которого также может давать FRB.

Можно напомнить, что ранее в созвездии Цефея, близком к Северному полюсу, был обнаружен мощный источник рентгеновского излучения, а в Кассиопее – радиоизлучения. Исследование Цефея показало наличие вокруг формирующейся звезды диска межзвездного вещества, испускающего «ветер» намагниченных частиц. Он пронизывает разогретое пылевое облако. Исследование далекого объекта в трех инфракрасных диапазонах с разными длинами волн показало две световые полости, свидетельствующие о рождении новых солнц.