Дослідники визначили, де гігантські струмені з чорних дір вивільняють свою енергію

За допомогою статистичного методу дослідники визначили, в якому з регіонів — у широкосмуговому чи в молекулярному торі — струмені з надмасивних чорних дір перетворюють видиме та інфрачервоне світло у високоенергетичні гамма-промені.

Про це розповідають в Університеті Меріленду, округ Балтимор, США (UMBC).

Надмасивні чорні діри в центрах галактик — наймасивніші об'єкти у Всесвіті. Вони перевищують масу нашого Сонця у, приблизно, від 1 мільйона до 10 мільярдів разів. Деякі з цих чорних дір також випускають гігантські, перегріті струмені плазми зі швидкістю, близькою до швидкості світла. Основний спосіб, яким струмені розряджають цю потужну енергію руху, — перетворюють її в надзвичайно високоенергетичні гамма-промені. Однак, фізик з UMBC, кандидат у доктори наук Адам Лія Харві каже: “Як саме створюється це випромінювання — відкрите питання”.

Струмінь має десь вивільнити свою енергію, і попередні наукові роботи не узгоджують, де саме. Основними кандидатами є два регіони, зроблені з газу та світла, що оточують чорні діри, які називаються широкосмуговим регіоном та молекулярним тором.

У будь-якому з цих регіонів струмінь з чорної діри може перетворити видиме та інфрачервоне світло у високоенергетичні гамма-промені, віддаючи частину своєї енергії. Нове дослідження Харві, яке фінансується НАСА, проливає світло на цю суперечливість, пропонуючи вагомі докази того, що струмені в основному вивільняють енергію в молекулярному торі, а не в широкосмуговому регіоні. Дослідження було опубліковане в журналі “Nature Communications” у співавторстві з фізиками UMBC Маркосом Георганопулосом та Ейлін Мейер.

Вдалечінь

Широкосмуговий регіон знаходиться ближче до центру чорної діри, на відстані близько 0,3 світлових років. Молекулярний тор знаходиться набагато далі — більше 3 світлових років. Хоча всі ці відстані здаються величезними для неастронома, нова робота “говорить нам, що ми отримуємо розсіювання енергії далеко від чорної діри у відповідних масштабах”, пояснює Харві.

“Наслідки надзвичайно важливі для нашого розуміння струменів, що запускаються чорними дірами”, - говорить Харві. Який регіон у першу чергу поглинає енергію струменя, дає підказки щодо того, як струмені починають формуватися, набирають швидкість і стають колоноподібними. Наприклад, “Це вказує на те, що струмінь недостатньо прискорюється на менших масштабах, щоб почати розсіювати енергію”, - говорить Харві.

Інші дослідники висунули суперечливі ідеї про структуру і поведінку струменів. Однак, завдяки надійним методам, які Харві використовував у своїй новій роботі, вони очікують, що результати будуть в цілому сприйняті в науковому співтоваристві. “Результати в основному допомагають обмежити ці можливості — ці різні моделі — формування струменів”.

На міцній основі

Щоб дійти до своїх висновків, Харві застосував стандартний статистичний метод, який називається "бутстреп", до даних із 62 спостережень струменів чорних дір. “Багато з того, що було до цієї роботи, було дуже модель-залежним. В інших роботах було зроблено багато дуже конкретних припущень, тоді як наш метод надзвичайно загальний”, - пояснює Харві. “Не занадто, щоб підірвати аналіз. Це добре зрозумілі методи та просто використання даних спостережень. Тож, результат повинен бути правильним”.

Кількість, що називається насіннєвим фактором, мала найважливіше значення для аналізу. Насіннєвий фактор вказує, звідки походять світлові хвилі, які струмінь перетворює на гамма-промені. Якщо перетворення відбувається у молекулярному торі, очікується один насіннєвий фактор. Якщо це відбувається у широкосмуговому регіоні, насіннєвий фактор буде іншим.

Георганополус, доцент з фізики й один із радників Харві, початково розробив концепцію насіннєвого фактору, але “застосовуючи ідею насіннєвого фактора, доводилося чекати когось із великою наполегливістю, і цим кимось був Адам Лія”, - говорить Георганополус.

Харві розрахував насіннєвий фактор для всіх 62 спостережень. Вони виявили, що  насіннєві фактори падали при нормальному розподілі, майже ідеально вирівнюючись навколо очікуваного значення для молекулярного тору. Цей результат настійно наводить на думку, що енергія струменя розряджається у світлові хвилі в молекулярному торі, а не в широкосмуговому регіоні.

Дотичні та пошуки

Харві розділяє думку, що підтримка їх наставників Георганопулоса та Мейєра, доцента фізики, сприяла успіху проекту. “Я думаю, що без того, щоб вони дозволили мені піти по багатьох дотичних і шукати, як щось робити, це ніколи б не дійшло до того рівня, на якому воно знаходиться”, - говорить Харві. “Оскільки вони дозволили мені по-справжньому покопатися в цьому, я зміг витягти набагато більше з цього проекту”.

Харві називає себе “астрономом-спостережником”, але додає: “Я насправді більше спеціаліст з даних і статистики, ніж фізик”. І, за його словами, статистика була найбільш захоплюючою частиною цієї роботи.

“Я просто думаю, що справді круто, що мені вдалося придумати методи для створення такого сильного дослідження такої дивної системи, яка так віддалена від моєї особистої реальності”. - каже Харві. “Буде цікаво спостерігати, що люди з цим робитимуть”.

Читайте ще цікаві новини про космос.