Предоставлено: Университет Тохоку.

Галактики, в том числе наш Млечный Путь, содержат в своих центрах сверхмассивные черные дыры, а их массы в миллионы и миллиарды раз больше, чем у Солнца. Некоторые сверхмассивные черные дыры испускают быстро движущиеся потоки плазмы, излучающие сильные радиосигналы, известные как радиоджеты.

Радиоджеты были впервые обнаружены в 1970-х годах. Но многое остается неизвестным о том, как они производятся, особенно об их источнике энергии и механизме загрузки плазмы.

Недавно коллаборация Event Horizon Telescope обнаружила радиоизображения ближайшей черной дыры в центре гигантской эллиптической галактики M87. Наблюдение подтвердило теорию о том, что вращение черной дыры приводит в действие радиоструи, но мало прояснило механизм загрузки плазмы.

Теперь исследовательская группа, возглавляемая астрофизиками из Университета Тохоку, предложила многообещающий сценарий, который проясняет механизм загрузки плазмы в радиоструи.

Недавние исследования показали, что черные дыры сильно намагничены, потому что намагниченная плазма внутри галактик переносит магнитные поля в черную дыру. Затем соседняя магнитная энергия временно высвобождает свою энергию через магнитное пересоединение, возбуждая плазму, окружающую черную дыру. Это магнитное пересоединение обеспечивает источник энергии для солнечных вспышек.

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

Настоящий сценарий предполагает, что испускаемые гамма-лучи взаимодействуют друг с другом и производят большое количество электронно-позитронных пар, которые загружаются в радиоструи.

Это объясняет большое количество плазмы, наблюдаемое в радиоджетах, что согласуется с наблюдениями M87. Кроме того, в сценарии отмечается, что мощность радиосигнала варьируется от черной дыры к черной дыре. Например, радиоджеты вокруг Sgr A* — сверхмассивной черной дыры в нашем Млечном Пути — слишком слабы и не обнаруживаются современными средствами радиосвязи.

Также сценарий предсказывает кратковременное рентгеновское излучение при загрузке плазмы в радиоструи. Эти рентгеновские сигналы пропускаются современными детекторами рентгеновского излучения, но их можно наблюдать планируемыми детекторами рентгеновского излучения.

«В соответствии с этим сценарием будущая рентгеновская астрономия сможет разгадать механизм загрузки плазмы в радиоструи, давнюю загадку черных дыр», — говорит Шигео Кимура, ведущий автор исследования.

Подробности исследований Кимуры и его команды были опубликованы в The Astrophysical Journal Letters 29 сентября 2022 года.