Астрономы поняли, откуда растут струи черных дыр

Международная команда исследователей изучила струю плазмы (джет) в центре радиогалактики 3C84 при помощи орбитального и наземных радиотелескопов. В результате удалось найти аргументы в пользу теории о формировании джетов в аккреционном диске, а не в эргосфере черных дыр. Статья об исследовании, соавторами которой стали ученые из МГУ имени М.В. Ломоносова, ФИАН и МФТИ, опубликована в Nature Astronomy.

Вещество, затягиваемое в черную дыру, одновременно вращается вокруг нее, поэтому приближается к черной дыре по спирали, а не падает сразу по кратчайшему пути. Из-за этого вокруг дыры формируется раскаленный аккреционный диск из падающего в нее вещества. Его взаимодействие с магнитными полями приводит к выбросам из окрестностей черной дыры струй плазмы, которые называются джетами. Эти струи вырываются из центра радиогалактики с двух противоположных сторон вдоль оси вращения аккреционного диска. Скорость движения вещества в таких выборах может приближаться к световой — в таком случае струю называют релятивистской, так как на вещество начинают влиять эффекты специальной теории относительности начинают влиять.

Поскольку вырваться из самой черной дыры ничто не может, но струя формируется где-то очень близко от нее, астрономы спорят о том, откуда именно выходит джет. Согласно модели Блэнфорда — Пэйна, он возникает в аккреционном диске. Альтернативная модель Блэнфорда — Знаека предполагает, что струя плазмы выбрасывается из эргосферы черной дыры — пространства между горизонтом событий и пределом статичности. Горизонтом событий черной дыры называют границу, изнутри которой даже свет не может вырваться наружу, а пределом статичности считают границу вокруг черной дыры, внутри которой тело не может находиться в состоянии покоя с точки зрения удаленного наблюдателя.

Радиогалактика 3C84, также известная как Персей А или NGC 1275, располагается в созвездии Персея. Это один из самых ярких компактных радиоисточников. В ее центре, как и в центрах многих известных массивных галактик, находится огромная черная дыра массой в миллиарды Солнц. Исследование джета, истекающего из центра этой радиогалактики, позволило получить новые аргументы в пользу одной из моделей. О том, что в центре этой радиогалактики есть джет, который расширяется по мере удаления от черной дыры и ярче по краям, чем в центре, было известно и раньше благодаря наблюдениям с наземных телескопов.

«Наши новые данные позволили построить более детальное изображение джета и измерить его ширину так близко к месту его зарождения, что это позволяет сделать выводы о механизме образования джета», — прокомментировал соавтор статьи Кирилл Соколовский из Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга МГУ.

Работа выполнена международной группой ученых, возглавляемой Габриэле Джиованни из Национального института астрофизики в Италии и Туомасом Саволайненом из университета Аалто в Финляндии. Одновременные наблюдения при помощи космического телескопа «РадиоАстрон» и двадцати девяти наземных телескопов дали возможность построить радиоизображения джета в окрестностях сверхмассивной черной дыры в центре этой радиогалактики.

«Благодаря «РадиоАстрону» удалось измерить ширину джета на расстоянии всего около 350 гравитационных радиусов (радиусов горизонта событий) от черной дыры, — рассказал Соколовский. — Джет на этом расстоянии оказался уже достаточно широким (примерно 250 гравитационных радиусов), что указывает на то, что джет зарождается в аккреционном диске (механизм Блэнфорда — Пэйна), а не в эргосфере черной дыры (механизм Блэнфорда — Знаека)».

Кроме того, как добавил Кирилл Соколовский, удалось измерить профиль коллимации струи плазмы, то есть ширину джета в зависимости от расстояния до черной дыры. Он оказался почти цилиндрическим, что разительно отличается от параболического профиля коллимации, измеренного по наземным данным в двух других близких радиогалактиках — Дева А (M87) и Лебедь А. Ученый предполагает, что форма джета в радиогалактиках может различаться из-за разного распределения плотности газа, окружающего черные дыры в центрах этих галактик.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.