|
Черные дыры испускают мощные плазменные струи
|
|
|
|
Черные дыры являются фундаментальными для структуры галактик и имеют решающее значение для нашего понимания гравитации, пространства и времени. Черная дыра звездной массы - это тип черной дыры, которая образуется в результате гравитационного коллапса массивной звезды в конце ее жизненного цикла. Обычно масса этих черных дыр составляет от 3 до 20 масс нашего Солнца.
|
|
|
|
Иногда черные дыры генерируют пучки ионизированного газа (плазмы), которые выбрасываются наружу со скоростью, близкой к скорости света. Несмотря на то, что они были открыты более ста лет назад, как и почему возникают джеты, до сих пор остается загадкой, которую называют одним из "чудес физики".
|
|
|
|
Профессор Кадзутака Ямаока из Университета Нагои в Японии вместе со своими коллегами из Университета Тоямы и других международных институтов обнаружил ключевые условия, необходимые для того, чтобы звездная черная дыра создавала плазменные струи. Их результаты, опубликованные в изданиях Астрономического общества Японии, показывают, что когда перегретый газовый материал быстро сжимается по направлению к черной дыре, происходит образование струи.
|
|
|
|
Понимание струйного излучения черных дыр имеет решающее значение, поскольку оно проливает свет на эволюцию галактик, распределение энергии во Вселенной и свойства самих черных дыр. Струи влияют на звездообразование, распределяют энергию на огромные расстояния и служат космическими маяками для определения местоположения удаленных черных дыр. Кроме того, они дают представление о фундаментальной физике черных дыр.
|
|
|
|
|
|
|
Такие вещества, как пыль и газ, притягиваются к черным дырам из-за их сильной гравитации. Это вещество вращается вокруг черной дыры в виде тонкого диска, называемого аккреционным диском, который необходим для образования струи.
|
|
|
|
Ученые изучали систему черных дыр, состоящую из черной дыры звездной массы и звезды, подобной солнцу, вращающихся вокруг друг друга. В этой системе за период около 20 дней возникает 5 или 6 джетов, что делает ее идеальной для изучения этого явления. Проанализировав данные рентгеновских и радионаблюдений за период с 1999 по 2000 год, они смогли отследить, как быстро менялось рентгеновское излучение вблизи черной дыры с течением времени, и измерить общее количество энергии, выделяемой струями.
|
|
Причины образования струй
|
|
|
|
Результаты показали, что струи возникают, когда внутренний радиус аккреционного диска внезапно уменьшается и достигает самой внутренней стабильной круговой орбиты (ISCO), самой близкой орбиты, по которой материя может вращаться, не попадая внутрь.
|
|
|
|
Исследователи заметили, что первоначально внутренний радиус газового диска располагался дальше от черной дыры. Когда внутренний радиус диска быстро уменьшается и достигает ISCO, происходит извержение струи. Струя продолжает извергаться еще некоторое время; однако, когда сжимающееся движение внутреннего края диска прекращается, прекращается и сама струя.
|
|
|
|
Исходя из этого, они определили два ключевых условия, необходимых для того, чтобы звездная черная дыра создавала струи: внутренний край газового диска, окружающего черную дыру, должен быстро приближаться к черной дыре, и это движение должно достигать ISCO.
|
|
|
|
Ученые уже знали, что при извержении струи черной дыры рентгеновские лучи становятся "мягче" (больше низкоэнергетических рентгеновских лучей по сравнению с высокоэнергетическими) и демонстрируют менее быстрые колебания за короткий промежуток времени. Это исследование показало, что эти рентгеновские изменения происходят из-за того, что внутренний край газового диска быстро приближается к черной дыре, что фактически приводит к образованию струи. Поскольку этот внутренний край сжимается, он создает более мягкие рентгеновские лучи с меньшей вариабельностью по сравнению с сильно изменяющимися жесткими рентгеновскими лучами. Это объясняет, почему рентгенограммы меняются непосредственно перед образованием струй.
|
|
|
|
Это исследование показывает, что струи образуются в изменяющихся динамических условиях, а не в стабильных статических, как предполагалось во многих теоретических моделях. Теперь ученые могут лучше прогнозировать возникновение плазменных струй и изучать механизмы, стоящие за ними, в режиме реального времени.
|
|
|
|
"Наше открытие о формировании струй в черных дырах звездной массы может стать универсальным ключом к пониманию этих явлений. Хотя эти двойные системы—когда черная дыра вращается вокруг обычной звезды—существенно отличаются от сверхмассивных черных дыр, расположенных в центре галактики, мы считаем, что подобные физические механизмы работают на всех черные чешуйки дыру", профессор Объяснил Ямаока.
|
|
|
|
"Хотя это и сложно из-за их более медленной эволюции во времени и трудностей с измерением их внутренней структуры, применение наших результатов к сверхмассивным черным дырам - наш следующий шаг", - добавил он.
|
|
|
|
Источник
|
