Сверхмассивная чёрная дыра Стрелец А*, похоже, поглощает протопланетный диск

Облако газа радиусом примерно в 100 а. е., падающее на сверхмассивную чёрную дыру в центре Млечного Пути, может быть видимым следом протопланетного диска, окружающего молодую маломассивную звезду, полагают астрофизики из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики в Кембридже (Массачусетс, США).

Исследование, проведённое Рут Мюррей-Клэй и Абрахамом Лёебом, показывает, что планеты могут формироваться даже в мощном гравитационном поле гигантской (крупнейшей в Галактике) чёрной дыры. Это несколько необычное предположение: ранее считалось, что центр Галактики в силу интенсивных воздействий ударных волн от частых сверхновых и «гравитационных пылесосов» сверхмассивных чёрных дыр (СМЧД) плохо подходит для возникновения и эволюции протопланетных дисков.

Соответствующая работа опубликована в журнале Nature Communications.

Вот почему ранее сама идея протопланетного диска в таком месте казалась неуместной, и группа астрономов, открывших это газовое облако при помощи Очень большого телескопа (Чили), предположила, что это результат столкновения двух обычных звёзд, вещество которых после коллизии приняло форму облака.

Однако Рут Мюррей-Клэй и Абрахам Лёеб обратили внимание на то, что кольцеобразная газовая структура близка к группе молодых звёзд, что вращается в 0,03–0,04 пк (примерно 0,1 светового года) от СМЧД Стрелец А*, массой в 4,3 млн солнечных. Уже сейчас астрономы открыли тут дюжины ярких звёзд спектрального класса О, что почти неизбежно означает наличие в этом районе, возможно, сотен более тусклых звёзд, таких как Солнце.

Согласно расчётам, протопланетный диск лишён своей молодой звезды, которая падает в чёрную дыру. В силу слабой светимости саму звезду нельзя рассмотреть, однако её протопланетный диск подсвечивается ультрафиолетовым излучением от окружающих молодых светил и в настоящее время деформируется СМЧД значительно больше (именно поэтому его и смогли заметить земные астрономические инструменты).

Впрочем, у построенной модели есть существенная проблема. Сохраняется небольшая вероятность, около 0,1%, что увлечённая гравитацией чёрной дыры молодая звезда всё ещё имеет ту же орбиту, что и газовое облако.

Кроме того, согласно модели, газовое облако должно иметь относительно плотное ядро, которое, вероятно, удастся даже увидеть в телескопы по мере приближения облака к чёрной дыре и соответствующего разогрева составляющего его газа.

Обнаруженный протопланетный диск активно разрушается гравитацией СМЧД и радиацией от соседних звёзд — ведь его ближайшие к ЧД элементы проходят от неё всего в 3 100 шварцшильдовских радиусах. Однако и он, и его звезда будут предметом пристального интереса астрономов ещё очень долго. По расчётам, лишь летом 2013-го звезда сблизится со Стрельцом А* настолько, чтобы начать снабжать веществом его аккреционный диск. С этого момента и на протяжении следующих 30–40 лет окрестности СМЧД начнут испускать интенсивное свечение (возможно, даже джеты), которое поможет астрономам лучше разобраться в феномене «тихой» центральной СМЧД нашей Галактики, всегда выделявшейся на фоне непрерывно поглощающих огромные порции межзвёздного газа прожорливых СМЧД других спиральных галактик.

Остатки протопланетного диска медленно сближаются со Стрельцом А*. (Иллюстрация Ruth A. Murray-Clay & Abraham Loeb.)

Самое интересное: впервые получено прямое свидетельство того, что протопланетные диски могут быть у звёзд, находящихся в самом центре галактик, среди мощнейших гравитационных воздействий и ударных волн от взрывов сверхновых. Несмотря на гибель этого протопланетного диска, уже ясно, что в кольце, вращающемся вокруг Стрельца А*, есть множество других звёзд, у которых, по всей видимости, также имеются протопланетные диски и, возможно, планеты. Возраст этого «звёздного кольца» оценивается исследователями в 4–8 млрд лет, чего вполне достаточно для складывания планетарной системы и, исходя из опыта Солнечной системы, появления разумной жизни.

«Захватывает сама мысль о планетах, формирующихся столь близко к чёрной дыре, — отмечает Абрахам Лёеб. — Если бы наша цивилизация населяла одну из таких планет, мы могли бы протестировать эйнштейновскую теорию гравитации намного лучше, равно как и получить чистую энергию, бросая наши отходы в чёрную дыру».

Поясним: в 1971 году Стивен Хокинг доказал важную теорему, касающуюся возможности извлечения энергии из чёрных дыр, обобщив результаты, полученный ранее Деметриусом Кристодулу. Теорема гласит, что площадь горизонта событий чёрной дыры не может уменьшаться; что бы ни происходило с чёрной дырой, «площадь её поверхности» должна либо увеличиваться, либо оставаться неизменной. ЧД представляет собой довольно глубокую гравитационную потенциальную яму, из которой энергия может высвобождаться гораздо более эффективно, чем даже при термоядерном синтезе. Это возможно благодаря механизму Пенроуза. Ещё до попадания за горизонт событий тело, проходящее через эргосферу ЧД, может получить существенно большее ускорение, чем оно имело до попадания в эргосферу, подобно тому как это происходит при гравитационном манёвре.

Мы, однако, не столь оптимистичны, как процитированный исследователь: при всех плюсах извлечения даровой энергии из ЧД, мощнейший периодический источник рентгеновского излучения, находящийся в 0,1 светового года от вашей планетной системы, — испытание, скорее всего, перевешивающее даже вышеописанное энергетическое счастье.

Подготовлено по материалам Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики.