Рецепт мощных струй у квазара

Некоторые сверхмассивные черные дыры запускают вдаль от себя мощные лучи материала, или струи, тогда как другие – нет. Теперь астрономы, возможно, определили, почему так происходит.

Об этом рассказывают в НАСА. Результаты исследования опубликованы в журнале «Royal Astronomical Society» и доступны онлайн.

Используя данные ряда телескопов, исследователи изучили более 700 квазаров – быстрорастущих сверхмассивных черных дыр – для выделения факторов, определяющих, почему эти черные дыры запускают струи.

Струи из сверхмассивных черных дыр могут впрыскивать огромное количество энергии в свое окружение и сильно влиять на развитие окружающей среды. Ранее ученые поняли, что сверхмассивная черная дыра должна быстро вращаться, чтобы приводить в движение сильные струи – но не у всех вращающихся черных дыр есть струи.

"Мы обнаружили наличие еще одного определяющего фактора, есть ли у сверхмассивной черной дыры струи, – нечто, называемое короной черной дыры, которая пронизана магнитными полями", - сказал Шифу Чжу из Государственного университета Пенсильвании в Университетском парке, руководивший исследованием. "Если у вас нет ярко выраженной в рентгеновских лучах короны черной дыры, то похоже, что у вас нет мощных струй черной дыры".

В астрономии термин "корона" обычно ассоциируется с внешней атмосферой Солнца. Короны черных дыр, наоборот, являются областями диффузного горячего газа, которые лежат над и под гораздо более плотным диском материала, вращающимся вокруг гравитационного углубления. Как и корона вокруг Солнца, короны черных дыр пронизаны сильными магнитными полями.

"Это как выпечкв хлеба, где вам нужно несколько ингредиентов, чтобы успешно следовать рецепту", - сказал соавтор Нил Брандт, также из Пенсильванского университета. "Наши результаты показывают, что один ингредиент, без которого не обойтись при приготовлении мощных струй квазара – это яркая корона".

Команда получила свои результаты, достигнув лучшего понимания о том, как квазары излучают рентгеновские лучи. Предыдущие исследования показали, что квазары без струй показывают характерную связь между силой их рентгеновского и ультрафиолетового излучений. Эта корреляция объясняется ультрафиолетовым светом от диска черной дыры, ударяющим в частицы в короне. Полученный заряд энергии превращает ультрафиолетовый свет в рентген.

В новом исследовании команда решила изучить поведение квазаров, которые действительно имеют струи. Они обнаружили взаимосвязь между яркостью различных квазаров в рентгене и ультрафиолетовом свете, очень похожую на ту, которую выявляют для квазаров без струй. Ученые пришли к выводу, что рентгеновское излучение в квазарах со струями также генерируется короной черной дыры.

Этот вывод стал неожиданностью. Ранее астрономы считали, что рентгеновское излучение от квазаров со струями происходит от основания струй, поскольку квазары со струями, как правило, ярче в рентгене, чем те, которые их не имеют. Новое исследование подтверждает эту разницу в яркости, но делает вывод, что дополнительное рентгеновское излучение исходит от более ярких корон черной дыры, чем у квазаров с более слабыми или отсутствующими струями.

"Вывод о том, что рентгеновские лучи в квазарах со струями происходят от короны черной дыры, а не от струй, бросает вызов 35 годам размышлений об основной природе этого излучения", - сказал соавтор Гуанг Ян из Техасского университета A&M в Колледж-Стейшн. "Это может дать новое понимание физики этих струй".

Важным следствием их работы является то, что для создания мощных струй квазар должен иметь яркую корону черной дыры, пронизанную сильными магнитными полями, вдобавок к быстрому вращению черной дыры. Квазары с более слабыми коронами черных дыр и слабыми магнитными полями имеют менее мощные или вообще отсутствующие струи, независимо от того, быстро ли вращаются их сверхмассивные черные дыры.

"Как мощные струи квазара, так и яркая корона, возникающие вместе, могут быть в основном обусловлены магнитными полями", - сказал Чжу.

Более мощные магнитные поля могут возникать вследствие более толстого диска, вызванного большей скоростью попадания вещества в черную дыру.

Эти результаты аналогичны результатам, которые были выявлены для черных дыр звездной массы, которые весят меньше сотни масс Солнца, по сравнению с сверхмассивными черными дырами, которые весят в миллионы или миллиарды раз больше Солнца. Это подтверждает мнение о том, что эти два разных класса черных дыр могут быть сходными с точки зрения своего поведения, несмотря на их очень различающиеся размеры.

Читайте еще новости о космосе.