Рецепт потужних струменів у квазара

Деякі надмасивні чорні діри запускають вдалечінь від себе потужні промені матеріалу, або струмені, тоді як інші – ні. Тепер астрономи, можливо, визначили, чому так відбувається.

Про це розповідають в НАСА. Результати дослідження опубліковані в журналі «Royal Astronomical Society» і доступні онлайн.

Використовуючи дані низки телескопів, дослідники вивчили понад 700 квазарів – надмасивних чорних дір, що швидко зростають, –  для виділення факторів, які визначають, чому ці чорні діри запускають струмені.

Струмені із надмасивних чорних дір можуть впорскувати величезну кількість енергії в своє оточення і сильно впливати на розвиток навколишнього середовища. Раніше вчені зрозуміли, що надмасивна чорна діра повинна швидко обертатися, щоб приводити в рух сильні струмені – але не у всіх чорних дір, що обертаються, є струмені.

"Ми виявили, що є ще один визначальний фактор, чи є у надмасивної чорної діри струмені, – дещо, що називається короною чорної діри, яка пронизана магнітними полями", – сказав Шифу Чжу з Державного університету Пенсильванії в Університетському парку, який керував дослідженням. "Якщо у вас немає яскраво вираженої в рентгенівських променях корони чорної діри, то схоже, що у вас немає потужних струменів чорної діри".

В астрономії термін "корона" зазвичай асоціюється із зовнішньою атмосферою Сонця. Корони чорних дір, навпаки, є областями дифузного гарячого газу, які лежать над і під набагато щільнішим диском матеріалу, що кружляє навколо гравітаційного поглиблення. Як і корона навколо Сонця, корони чорних дір пронизані сильними магнітними полями.

"Це як випікання хліба, де вам потрібно кілька інгредієнтів, щоб успішно слідувати рецепту", – сказав співавтор Ніл Брандт, також із Пенсільванського університету. "Наші результати показують, що один інгредієнт, без якого не обійтися при приготуванні потужних струменів квазара, – це яскрава корона".

Команда отримала свої результати, досягнувши кращого розуміння щодо того, як квазари випромінюють рентгенівські промені. Попередні дослідження показали, що квазари без струменів показують характерний зв’язок між силою їхнього рентгенівського та ультрафіолетового випромінювань. Ця кореляція пояснюється ультрафіолетовим світлом від диска чорної діри, що вдаряє в частинки в короні. Отриманий заряд енергії перетворює ультрафіолетове світло у рентген.

У новому дослідженні команда вирішила вивчити поведінку квазарів, які дійсно мають струмені. Вони виявили взаємозв'язок між яскравістю різних квазарів у рентгені та ультрафіолетовому світлі, який надзвичайно схожий на той, який виявляють для квазарів без струменів. Вчені дійшли висновку, що рентгенівське випромінювання у квазарах зі струменями також генерується короною чорної діри.

Цей висновок став несподіванкою. Раніше астрономи вважали, що рентгенівське випромінювання від квазарів зі струменями походить від основи струменів, оскільки квазари із струменями, як правило, яскравіші в рентгені, ніж ті, що їх не мають. Нове дослідження підтверджує цю різницю в яскравості, але робить висновок, що додаткове рентгенівське випромінювання виходить від більш яскравих корон чорної діри, ніж у квазарів із слабшими або відсутніми струменями.

"Висновок про те, що рентгенівські промені в квазарах зі струменями походять від корони чорної діри, а не від струменів, кидає виклик 35 рокам роздумів про основну природу цього випромінювання", – сказав співавтор Гуанг Ян з Техаського університету A&M в Коледж-Стейшн. "Це може дати нове розуміння фізики цих струменів".

Важливим наслідком їхньої роботи є те, що для створення потужних струменів квазар повинен мати яскраву корону чорної діри, пронизану сильними магнітними полями, на додачу до швидкого обертання чорної діри. Квазари з більш слабкими коронами чорних дір і слабшими магнітними полями мають менш потужні або взагалі відсутні струмені, незалежно від того, чи швидко обертаються їх надмасивні чорні діри.

"Як потужні струмені квазара, так і яскрава корона, що виникають разом, можуть бути в основному обумовлені магнітними полями", - сказав Чжу.

Потужніші магнітні поля можуть виникати внаслідок більш товстого диска, спричиненого більшою швидкістю потрапляння речовини в чорну діру.

Ці результати аналогічні до результатів, виявлених для чорних дір зоряної маси, які важать менше сотні мас Сонця, у порівнянні з надмасивними чорними дірами, які важать у мільйони чи мільярди разів більше Сонця. Це підтверджує думку про те, що ці два різні класи чорних дір можуть бути подібними з точки зору своєї поведінки, незважаючи на їх дуже відмінні розміри.

Читайте ще новини про космос.