Выяснена природа излучения черных дыр и нейтронных звезд

Астрофизики из Колумбийского университета выяснили, как ускоряются электроны, порождающие высокоэнергетичное излучение от черных дыр и нейтронных звезд. Статья об этом опубликована в The Astrophysical Journal.

На протяжении десятилетий ученые размышляли о происхождении электромагнитного излучения, испускаемого из небесных областей, в которых находятся черные дыры и нейтронные звезды — самые загадочные объекты во Вселенной. Астрофизики считают, что высокоэнергетическое излучение, исходящее от нейтронных звезд и черных дыр, создается за счет электронов, которые движутся почти со скоростью света, но процесс, который ускоряет эти частицы, оставался загадкой.

Ученые использовали суперкомпьютерное моделирование для расчета механизмов, которые ускоряют эти частицы. Они пришли к выводу, что их возбуждение является результатом взаимодействия между сверхсильными магнитными полями.

Происходит это, согласно ученым, в процессе хаотического движения и периодического разрыва и соединения силовых линий магнитного поля. «Область, в которой находятся черные дыры и нейтронные звезды, пронизана чрезвычайно горячей плазмой, а линии магнитного поля от хаотически движущегося заряженного газа в таких условиях периодически образуются и разрушаются, — рассказывает первый автор исследования, сотрудник Колумбийского университета Лука Комиссо. — Именно благодаря электрическому полю, вызванному соединением линий и турбулентностью, частицы ускоряются до самых экстремальных энергий — гораздо более высоких, чем в самых мощных ускорителях на Земле».

При изучении турбулентного газа ученые не могут точно предсказать хаотическое движение. Чтобы решить эту проблему с астрофизической точки зрения, исследователи в новой работе разработали модель — одну из крупнейших в мире, когда-либо выполненных в этой области исследований, — для решения уравнений, описывающих турбулентность в газе заряженных частиц. Для построения этой модели ученые использовали суперкомпьютер.

Ключевым моментом исследования, по словам астрофизиков, было определить, какую роль воссоединение магнитных линий играет в процессе ускорения частиц. Моделирование показало, что этот процесс «отбирает» частицы, которые впоследствии будут ускорены турбулентными магнитными полями до самых высоких энергий.

Моделирование также показало, что частицы получают большую часть своей энергии, случайно отскакивая с чрезвычайно высокой скоростью от колебаний турбулентности. Когда магнитное поле сильное, этот механизм вносит большой вклад в увеличение скорости движения частиц. Но сильные поля также заставляют электроны двигаться по криволинейной траектории и тем самым испускать электромагнитное излучение.

Конечная цель работы исследователей состоит в том, чтобы узнать, что на самом деле происходит в экстремальной среде, окружающей черные дыры и нейтронные звезды. Это может пролить свет на фундаментальную физику и улучшить наше понимание того, как работает Вселенная.

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