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

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.