Спутанные магнитные поля разогнали частицы в джетах черных дыр
Ученые из Стэнфордского университета с помощью компьютерного моделирования выяснили, что релятивистские струи плазмы черных дыр (джеты) разгоняют элементарные частицы до сверхвысоких скоростей за счет спутывания силовых линий магнитного поля, которые становятся похожи на спагетти в миске и генерируют мощные электрические поля неправильной формы. Ранее считалось, что джеты делают самыми мощными ускорителями во Вселенной изменения магнитного поля, но точный механизм оставался неясным. Результаты исследования опубликованы в Physical Review Letters.
Сверхмассивные черные дыры находятся в центре практически всех спиральных галактик, их масса в миллионы раз превосходит массу солнца. Когда черная дыра поглощает вещество из звезды, вокруг дыры формируется аккреционный диск из вещества, которое затем постепенно поглощается дырой. Некоторые из этих черных дыр, после поглощения звезды, помимо образования диска, выпускают в космос релятивистские струи (джеты) протяженностью до нескольких миллионов световых лет. Джеты – это потоки частиц, движущиеся с субсветовой скоростью.
Существует две основные концепции того, как именно образуются джеты: согласно первой (механизм Блэнфорда — Занека) причина образования джета — изменение магнитного поля, согласно второй (механизм Пенроуза) группа частиц, попадая в эргосферу дыры, распадаются на две, одна из которых улетает, унося с собой энергию. Однако механизм формирования джетов и ускорения частиц в них до сих пор полностью не изучен.
Нынешнее предположение основывается на первой концепции, причина возникновения джетов — изменение магнитного поля, вызванное влиянием сверхмассивной черной дыры. Для проверки того, что именно происходит, когда магнитное поле искажается, была создана компьютерная модель, содержащая более 500 миллиардов частиц, попадающих в джет. Для этого использовался суперкомпьютер Mira лаборатории Argonne в Иллинойсе.
Моделирование показало, что гравитационное искажение спирального магнитного поля приводит к тому, что силовые линии магнитного поля запутываются и внутри струи возникает электрическое поле.В спокойном состоянии электрическое поля имеет простую конфигурацию. Гравитационное воздействие черный дыры приводит к тому, что магнитные линии начинают хаотично смещаться и перемешиваться, что вызывает смещение и электрического поля, которое также принимает хаотичные формы, отличающиеся от расположения магнитных линий. Получившаяся конфигурация полей может сообщать энергию до 1020 электронвольт, которая соответствует околосветовым скоростям частиц. Однако сам этот разгон может занимать десятки лет.
Полученные данные основываются не на физических наблюдениях, а лишь на компьютерной модели, поэтому пока о достоверности механизма говорить рано. Но не участвовавший в исследовании Роджер Блэндфорд из Института астрофизики Кавли Стэнфордского университета (США) полагает, что модель может помочь в дальнейшем исследовании природы джетов.
В ближайшем будущем исследователи из лаборатории SLAC Стэнфордского университета намереваются провести лабораторный эксперимент, который покажет, может ли выявленный механизм работать при термоядерных реакциях.
Ранее международная группа исследователей смогла определить, откуда исходят джеты черных дыр на примере дыры в двойной системе V404 Лебедя. Другой группе исследователей впервые удалось заснять момент рождения джета в паре галактик Arp 299.
Иван Крылов
Это может говорить о потенциальной обитаемости экзопланеты
Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил доказательства того, что экзопланета K2-18b может быть гикеаном, обладающим водным океаном, а не суперземлей или мини-нептуном. Кроме того, в ее атмосфере нашлись следы биомаркера диметилсульфида, что делает экзопланету интересной целью для изучения с точки зрения потенциальной обитаемости. Статья принята к публикации в журнале The Astrophysical Journal Letters, кратко о работе сообщается на сайте обсерватории. Гикеаны описываются как субнептуны с умеренными температурами, обладающие глобальным водным океаном и обширной атмосферой, богатой водородом. Эти тела могут обладать радиусами 1-2,6 радиуса Земли и массой 1-10 масс Земли и пока что представлены лишь несколькими кандидатами — подтвержденных экзопланет такого типа еще неизвестно. Большой интерес для ученых гикеаны представляют из-за значительно более широкой обитаемой зоны по сравнению с планетами земной группы и удобства потенциальных поисков биомаркеров в атмосферах Группа астрономов во главе с Никку Мадхусудханом (Nikku Madhusudhan) из Кембриджского университета опубликовала результаты спектрометрических наблюдений за атмосферой экзопланеты K2-18b, проведенных при помощи инструментов NIRISS и NIRSpec телескопа «Джеймс Уэбб». Наблюдения велись в диапазоне длин волн 0,9–5,2 микрометра в 2023 году во время двух событий прохождения планеты по диску своей звезды. K2-18b обращается вокруг красного карлика, расположенного в 111 световых годах от Солнца в созвездии Льва, и открыта в 2017 году. Экзопланета попадает в обитаемую зону, обладает массой 8,63 массы Земли, радиусом 2,61 радиуса Земли и равновесной температурой 250–300 кельвинов. В 2019 году в ее атмосфере обнаружили водяной пар. Экзопланета считалась кандидатом в гикеан, скалистую суперземлю или мини-нептун. Исследователи обнаружили в атмосфере K2-18b, богатой водородом, метан и углекислый газ и не нашли аммиака, что согласуется с моделью глобального океана, скрытого под тонкой и холодной атмосферой. Кроме того, они не обнаружили водяной пар, угарный газ и синильную кислоту, хотя установленные верхние пределы их содержания тоже соответствуют предсказаниям модели. В атмосфере субнептуна также обнаружились потенциальные следы диметилсульфида, который рассматривается как биомаркер в виде продукта жизнедеятельности бактерий и фитопланктона. Это тоже говорит в пользу идеи о том, что K2-18b представляет собой гикеан, а не скалистую или богатую летучими веществами планету с обширной водородной атмосферой или скалистую планету с тонкой водородной атмосферой. Однако, что касается потенциальной обитаемости экзопланеты, то она под вопросом, так как факт обнаружения диметилсульфида, его точное содержание и происхождение (биогенное или абиогенное) должны помочь установить будущие наблюдения за K2-18b. Ранее мы рассказывали о том, как «Джеймс Уэбб» нашел толстые слои облаков в атмосфере близкого субнептуна.