Исследователи определили, где гигантские струи из черных дыр высвобождают свою энергию

Опубликовано: 10:18 среда, 16 декабря 2020 г.  
Исследователи определили, где гигантские струи из черных дыр высвобождают свою энергию - фото
NASA

С помощью статистического метода исследователи определили, в каком из регионов — в широкополосном или в молекулярном торе — струи из сверхмассивных черных дыр превращают видимый и инфракрасный свет в высокоэнергетические гамма-лучи.

Об этом рассказывают в Университете Мэриленда, округ Балтимор, США (UMBC).

Сверхмассивные черные дыры в центрах галактик — самые массивные объекты во Вселенной. Они превышают массу нашего Солнца в, примерно, от 1 миллиона до 10 миллиардов раз. Некоторые из этих черных дыр также выпускают гигантские, перегретые струи плазмы со скоростью, близкой к скорости света. Основной способ, которым струи разряжают эту мощную энергию движения, - превращают ее в чрезвычайно высокоэнергетические гамма-лучи. Однако, физик из UMBC, кандидат в доктора наук Адам Лия Харви говорит: "Как именно создается это излучение — открытый вопрос".

Струя должна где-то высвободить свою энергию, и предыдущие научные работы не согласовывают, где именно. Основными кандидатами являются два региона, сделанные из газа и света, окружающих черные дыры, которые называются широкополосным регионом и молекулярным тором.

В любом из этих регионов струя из черной дыры может превратить видимый и инфракрасный свет в высокоэнергетические гамма-лучи, отдавая часть своей энергии. Новое исследование Харви, финансируемое НАСА, проливает свет на эту противоречивость, предлагая веские доказательства того, что струи в основном высвобождают энергию в молекулярном торе, а не в широкополосном регионе. Исследование было опубликовано в журнале "Nature Communications" в соавторстве с физиками UMBC Маркосом Георганопулосом и Эйлин Мейер.

Вдаль

Широкополосный регион находится ближе к центру черной дыры на расстоянии около 0,3 световых лет. Молекулярный тор находится гораздо дальше — больше 3 световых лет. Хотя все эти расстояния кажутся огромными для неастронома, новая работа "говорит нам, что мы получаем рассеивание энергии вдали от черной дыры в соответствующих масштабах", объясняет Харви.

"Последствия чрезвычайно важны для нашего понимания струй, запускаемых черными дырами", - говорит Харви. Какой регион в первую очередь поглощает энергию струи, дает подсказки о том, как струи начинают формироваться, набирают скорость и становятся колоноподобными. Например, "Это указывает на то, что струя недостаточно ускоряется на меньших масштабах, чтобы начать рассеивать энергию", - говорит Харви.

Другие исследователи выдвинули противоречивые идеи о структуре и поведении струй. Однако, благодаря надежным методам, которые Харви использовал в своей новой работе, они ожидают, что результаты будут в целом восприняты в научном сообществе. "Результаты в основном помогают ограничить эти возможности — эти разные модели — формирования струй".

На прочной основе

Чтобы дойти до своих выводов, Харви применил стандартный статистический метод, который называется "бутстрэп", к данным из 62 наблюдений струй черных дыр. "Многое из того, что было до этой работы, было очень модель-зависимым. В других работах было сделано много очень конкретных предположений, тогда как наш метод чрезвычайно общий", - объясняет Харви. "Не слишком, чтобы подорвать анализ. Это хорошо понятные методые и просто использование данных наблюдений. Поэтому, результат должен быть правильным".

Количество, называемое семенным фактором, имело важнейшее значение для анализа. Семенной фактор указывает, откуда происходят световые волны, которые струя превращает в гамма-лучи. Если превращение происходит в молекулярном торе, ожидается один семенной фактор. Если это происходит в широкополосном регионе, семенной фактор будет другим.

Георганополус, доцент по физике и один из советников Харви, изначально разработал концепцию семенного фактора, но "применяя идею семенного фактора, приходилось ждать кого-то с большой настойчивостью, и этим кем-то был Адам Лия", - говорит Георганополус.

Харви рассчитал семенной фактор для всех 62 наблюдений. Они обнаружили, что семенные факторы падали при нормальном распределении, почти идеально выравниваясь вокруг ожидаемого значения для молекулярного тора. Этот результат настоятельно наводит на мысль, что энергия струи разряжается в световые волны в молекулярном торе, а не в широкополосном регионе.

Касательные и поиски

Харви разделяет мнение, что поддержка их наставников Георганопулоса и Мейера, доцента физики, способствовала успеху проекта. "Я думаю, что без того, чтобы они позволили мне уйти по многим касательным и искать, как что-то делать, это никогда не дошло бы до того уровня, на котором оно находится", - говорит Харви. "Поскольку они позволили мне по-настоящему покопаться в этом, я смог извлечь гораздо больше из этого проекта".

Харви называет себя "астрономом-наблюдателем", но добавляет: "Я на самом деле больше специалист по данным и статистике, чем физик". И, по его словам, статистика была наиболее интересной частью работы.

"Я просто думаю, что действительно круто, что мне удалось придумать методы для создания такого сильного исследования такой странной системы, которая так удалена от моей личной реальности". - говорит Харви. "Будет интересно наблюдать, что люди с этим сделают".

Читайте еще интересные новости о космосе.


       


НОВОСТИ ОТ ПАРТНЕРОВ: