Черные дыры и складки времени. Дерзкое наследие Эйнштейна

В-третьих, как представлялось Блэндфорду, магнитные силовые линии, захватываемые диском и застревающие в нем, будут вынуждены под действием орбитального движения диска круг за кругом вращаться вокруг черной дыры (рис. 9.1в). Вращающиеся силовые линии примут форму спиралей, расходящихся вверх и в стороны (или в стороны и вниз). Электрические силы должны удерживать раскаленный газ (плазму) на вращающихся силовых линиях, поскольку плазма может двигаться лишь вдоль силовых линий, но не поперек них. Поскольку силовые линии вращаются, центробежные силы должны выталкивать

плазму наружу вдоль силовых линий, образуя две намагниченные струи, одна из которых выстреливает в стороны и вверх, а другая — в стороны и вниз. И опять-таки направление струй будет строго привязано к вращению черной дыры.

Четвертый способ образования струй интереснее остальных и требует больших объяснений. В этом четвертом способе черная дыра пронизывается магнитными силовыми линиями, как показано на рис. 9.7г.

При вращении черной дыры она втягивает в свое вращение и силовые линии, заставляя их отбрасывать плазму вверх и вниз, точно так же как и в третьем способе, образовывая две струи. Струи выстреливают вдоль оси вращения, и их направление поэтому прочно привязано к гироскопическому вращению черной дыры. Этот способ был придуман Блэндфордом вскоре после защиты им диссертации в Кембридже, вместе с аспирантом Романом Знаеком, и потому получил название процесс Блэндфорда—Знаека.

Процесс Блэндфорда—Знаека представляет особенный интерес, поскольку энергия, уходящая вместе со струями, черпается непосредственно из колоссальной энергии вращения черной дыры. (Это должно быть очевидно, поскольку именно вращение черной дыры скручивает пространства, завихрение пространства заставляет вращаться магнитные силовые линии, а вращение силовых линий извергает струи наружу.)

Но как такое возможно? Ведь в процессе Блэндфорда—Знаека горизонт черной дыры оказывается пронизанным магнитными силовыми линиями? А такие силовые линии будут чем-то вроде «волос», которые могут превратиться в электромагнитные волны и излучиться и, согласно теореме Прайса (глава 7), должны излучиться. Фактически теорема Прайса справедлива только тогда, когда одинокая черная дыра располагается далеко от других объектов. Черная дыра, которую мы обсуждаем, не одинока; она окружена аккреционным диском. Если силовые линии торчат из черной дыры, как на рис.9.7г, то линии, выходящие в северную полусферу дыры и выходящие в южную полусферу, оказываются продолжением друг друга, и единственный способ для этих силовых линий выйти наружу — это пробиться через раскаленный газ аккреционного диска. Но раскаленный газ не позволит силовым линиям пройти, он прочно удерживает их в области пространства вблизи внутренней поверхности диска, а поскольку значительная часть этой области занята черной дырой, большая часть пойманных силовых линий пронизывает черную дыру.

Откуда же берутся эти магнитные силовые линии? Из самого диска. Весь газ во Вселенной хоть немного намагничен, и газ диска не является исключением⁶⁷. Мало помалу собираясь около черной дыры, он приносит с собой свои магнитные силовые линии. Приближаясь к черной дыре, газ, каждая порция газа, соскальзывает со своих магнитных линий и проходит горизонт, оставляя после себя силовые линии, торчащие наружу, как на рис. 9.7г. Эти пронизывающие силовые линии, прочно удерживаемые окружающим диском, должны в ходе процесса Блэнд форда—Знаека черпать энергию вращения черной дыры.

Все четыре способа образования струй (устья в газовых областях, ветер с воронок, завихрение силовых линий, захваченных полем, и процесс Блэнд форда—Знаека), возможно, в разной степени действуют в квазарах, радиогалактиках и в центрах некоторых других своеобразных галактик (называемых галактиками с активными ядрами).

***

Если квазары и радиогалактики черпают энергию от одного и того же механизма — черной дыры, почему они настолько различны? Почему свет от квазара кажется приходящим от ярко светящегося звездоподобного источника размером в 1 световой месяц или даже меньше, тогда как свет от радиогалактики приходит от скопления звезд подобного Млечному Пути размером в 100000 световых лет?

В действительности квазары почти наверняка не сильно отличаются от радиогалактик — их центральное ядро также окружено звездной галактикой размером в 100000 световых лет. Однако в квазарах центральная черная дыра особенно интенсивно питается аккрецирующим газом (рис. 9.8), и разогрев под действием трения, соответственно, очень силен. Этот ужасный жар заставляет диск светиться настолько ярко, что его оптическое свечение в сотни и тысячи раз больше, чем у всех окружающих звезд в этой галактике вместе взятых. Астрономы, ослепленные сиянием диска, не могут видеть других звезд галактики, и поэтому объект выглядит как «квазизвезда» (т. е. подобная звезде крошечная яркая световая точка), а не как галактика.⁶⁸