Исследование механизма плазменной загрузки радиоджетов из черных дыр

Галактики, включая наш Млечный Путь, содержат в своих центрах сверхмассивные черные дыры, масса которых в миллионы и миллиарды раз превышает массу Солнца. Некоторые сверхмассивные черные дыры запускают быстродвижущиеся утечки плазмы, которые излучают сильные радиосигналы, известные как радиоджеты.

Впервые радиоджеты были открыты в 1970-х годах. Но многое остается неизвестным о том, как они образуются, особенно об источнике их энергии и механизме загрузки плазмы.

Недавно коллаборация Телескопа горизонта событий обнаружила радиоизображение черной дыры в центре соседней гигантской эллиптической галактики M87. Наблюдение подтвердило теорию о том, что спин черной дыры питает радиоджеты, но мало что дало для прояснения механизма загрузки плазмы.

Теперь исследовательская группа под руководством астрофизиков из Университета Тохоку предложила многообещающий сценарий, который проясняет механизм загрузки плазмы в радиоджеты. Их работа была опубликована в журнале The Astrophysical Journal Letters 29 сентября 2022 года.

Недавние исследования утверждают, что черные дыры сильно намагничены, поскольку намагниченная плазма внутри галактик переносит магнитные поля в черную дыру. Затем соседняя магнитная энергия временно высвобождает свою энергию через магнитное пересоединение, заряжая плазму, окружающую черную дыру. Это магнитное пересоединение является источником энергии для солнечных вспышек.

Плазма в солнечных вспышках испускает ультрафиолетовое и рентгеновское излучение; тогда как магнитное пересоединение вокруг черной дыры может вызвать гамма-излучение, поскольку энергия, выделяемая на частицу плазмы, намного выше, чем в солнечной вспышке.

Этот сценарий предполагает, что излучаемые гамма-лучи взаимодействуют друг с другом и создают большое количество электрон-позитронных пар, которые загружаются в радиоджеты.

Это объясняет большое количество плазмы, наблюдаемое в радиоджетах, что согласуется с наблюдениями M87. Кроме того, сценарий учитывает, что мощность радиосигнала меняется от черной дыры к черной дыре. Например, радиоджеты вокруг Sgr A* - сверхмассивной черной дыры в нашем Млечном Пути - слишком слабые и не обнаруживаются современными радиотехническими средствами.

Кроме того, сценарий предусматривает кратковременное рентгеновское излучение, когда плазма загружается в радиоджеты. Эти рентгеновские сигналы пропускаются современными рентгеновскими детекторами, но они могут наблюдаться запланированными рентгеновскими детекторами.

«По этому сценарию будущая рентгеновская астрономия сможет разгадать механизм загрузки плазмы в радиоджеты, давнюю загадку черных дыр», - отметил ведущий автор исследования Шигео Кимура.

українською мовою