Чёрные дыры переключаются между джетами и ветрами, но не используют их одновременно

Астрономы из Уорикского университета обнаружили, что чёрные дыры не просто поглощают материю, а управляют ею, выбирая, выбросить ли её в космос в виде узких высокоскоростных джетов или рассеять в виде широких ветров.

Падающая на чёрную дыру материя формирует раскалённый аккреционный диск. Из этого диска значительная часть вещества выбрасывается обратно в пространство двумя основными способами: релятивистскими джетами (узкие струи плазмы у полюсов) и рентгеновскими ветрами (более широкие потоки ионизированного газа).

Художественное изображение квазара P172+18 и его радиоджетов. Автор: ESO/M. Kornmesser, CC BY 4.0

В новом исследовании, опубликованном в Nature Astronomy, учёные впервые представили чёткие наблюдательные доказательства того, что эти два типа выбросов являются взаимоисключающими. Когда активен один, другой исчезает.

Художественное изображение галактики, формирующей звёзды в мощных выбросах из сверхмассивной чёрной дыры. Автор: ESO/M. Kornmesser, CC BY 4.0

Ведущий автор исследования, доктор Цзячэнь Цзян из Уорикского университета, объяснил: «Мы видим что-то вроде энергетического перетягивания каната внутри аккреционного потока чёрной дыры. Когда чёрная дыра запускает высокоскоростной плазменный джет, рентгеновский ветер затихает, и когда ветер снова начинается, джет исчезает».

Команда наблюдала за системой чёрной дыры 4U 1630−472 с помощью рентгеновского телескопа NICER на МКС и радиотелескопа MeerKAT в ЮАР в течение трёх лет. Данные показали, что сильные ветры и мощные джеты никогда не возникают одновременно, хотя аккреционный диск и количество падающего вещества оставались постоянными.

Художественное изображение двойной системы со звёздной чёрной дырой, испускающей мощные джеты. Автор: ESO/L. Calçada/M.Kornmesser, CC BY 4.0

Это «качели» предполагают наличие саморегулирующегося механизма, при котором ветры и джеты конкурируют за одну и ту же энергию или массу. Оба типа выбросов уносят сопоставимое количество массы и энергии, что указывает на постоянную общую скорость оттока.

Открытие меняет представления о том, как питаются выбросы, и указывает на ключевую роль конфигурации магнитного поля в диске. Баланс между ветрами и джетами играет жизненно важную роль в регулировании роста чёрных дыр, формирования звёзд и эволюции целых галактик.