Ученые обнаружили скрытый источник энергии внутри гигантской черной дыры09.10.2025 13:32

Черная дыра не только поглощает все, что к ней приближается, но и выбрасывает колоссальные струи энергииИсточник: Universetoday

Специалисты Франкфуртского университета им. Гете с помощью уникальной компьютерной модели показали, что наряду с известным магнитным механизмом в черных дырах действует еще один процесс — так называемое магнитное пересоединение. Именно оно может объяснить, как энергия вращения черной дыры превращается в плазменные выбросы колоссальной силы.

Главным объектом исследования стала черная дыра M87* в центре галактики М87 в созвездии Девы. Ее масса равна примерно 6,5 миллиардам масс Солнца, она вращается с огромной скоростью, порождая струю частиц длиной более 5 000 световых лет. Подобные джеты наблюдаются и у других активных галактик, но физика их образования до сих пор оставалась не до конца понятной.

Чтобы понять, как черная дыра преобразует собственное вращение в энергию частиц, команда профессора Лучано Реццоллы разработала сложнейший вычислительный инструмент — код FPIC (Frankfurt Particle-in-Cell). Он моделирует поведение заряженных частиц и электромагнитных полей в пространстве, искривленном сверхсильной гравитацией.

Исследование потребовало колоссальных вычислительных ресурсов — миллионы часов процессорного времени на суперкомпьютерах «Гете» во Франкфурте и «Хоук» в Штутгарте. Эта мощность была необходима для решения уравнений Максвелла и уравнений движения электронов и позитронов в соответствии с общей теорией относительности Эйнштейна.

Цепочка плазмоидов образуется в экваториальной плоскости вдоль токового слоя, где плотность частиц (левая часть) выше. Здесь происходит магнитное пересоединение, ускоряющее частицы до очень высоких энергий (справа). Частицы также достигают релятивистских скоростей вдоль оси вращения и в конечном итоге формируют джет, который поддерживается механизмом Блэндфорда–Знаека.Источник: Meringolo, Camilloni, Rezzolla

Результаты показали, что в экваториальной плоскости черной дыры происходит бурная активность магнитных полей. Их линии рвутся и снова соединяются, высвобождая энергию, которая превращается в тепло и излучение. При этом возникают сгустки плазмы — плазмоиды, которые движутся почти со скоростью света. По мнению ученых, этот процесс сопровождается генерацией частиц с отрицательной энергией, которая используется для питания экстремальных астрофизических явлений.

«С помощью нашей работы мы можем показать, как энергия эффективно извлекается из вращающихся черных дыр и направляется в струи», — говорит Реццолла. «Это позволяет нам объяснить экстремальную светимость активных галактических ядер, а также ускорение частиц почти до скорости света».

Новая модель помогает объяснить, почему активные ядра галактик светятся столь ярко и как частицы в этих областях ускоряются почти до скорости света. По словам Реццоллы, понимание того, как энергия высвобождается у самой границы черной дыры, заставляет почувствовать восхищение перед порядком, который скрывается в хаосе самых экстремальных условий космоса. Это открытие имеет фундаментальное значение для понимания того, как черные дыры распределяют энергию и материю по Вселенной, влияя на формирование и эволюцию галактик.