КАК ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ ГЕНЕРИРУЮТ МОЩНЫЕ РЕЛАТИВИСТСКИЕ ДЖЕТЫ
Современные астрономические исследования подтверждают, что большинство галактик во Вселенной имеют в своих центрах супермассовые черные дыры (СМЧД), что приводит к образованию активных галактических ядер. Эти объекты, известные как квазар, выделяются своей способностью излучать огромное количество света и радиации, временами затмевая все звезды в своей диске. В 2019 году команда телескопа Event Horizon Telescope представила первое изображение СМЧД, находящейся в центре галактики M87. Однако еще в конце XIX века астроном Хебер Доуст Кэртис уже заметил мощный джет, исходящий из этого же объекта.
Данная находка подтверждала, что такие джеты, возникающие от СМЧД в ядрах массивных галактик, могут быть источниками значительной энергии. Совсем недавно группа теоретических физиков из Гёттингенского университета разработала новые компьютерные симуляции, позволившие уточнить механизм формирования этих джетов.
ФИЗИКА ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ДЖЕТОВ
Супермассовые черные дыры, благодаря своей мощной гравитации и вращательной энергии, создают вокруг себя аккреционные диски из газа и пыли, которые разгоняются до релятивистских скоростей — близких к скорости света. Часть этого газа и пыли выбрасывается из диска вдоль полюсов, формируя релятивистские джеты, протяженность которых может достигать тысяч световых лет. В результате работы команды ученых из Гёттингенского университета был создан численный код, описывающий, как черные дыры преобразуют свою вращательную энергию в подобные быстродвижущиеся джеты. Исследование было опубликовано в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Центральная черная дыра M87 имеет массу примерно 6,5 миллиардов солнечных масс и быстро вращается. Энергия, генерируемая ее вращением, питает релятивистский джет, протяженность которого превышает 5000 световых лет. Эти джеты рассекают энергией и веществом межгалактическое пространство и могут повлиять на эволюцию других галактик. На протяжении десятилетий наиболее распространенной теорией по описанию того, как энергия может быть извлечена из вращающихся черных дыр, является механизм Блэндфорда — Знаека.
РОЛЬ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ В ФОРМИРОВАНИИ ДЖЕТОВ
Под руководством профессора Лучано Реццоллы команда Института теоретической физики Гёттингенского университета создала код, отслеживающий движение плазмы и магнитные поля вокруг вращающихся черных дыр. Этот код, получивший название Frankfurt Particle-In-Cell (FPIC), сочетает механизм Блэндфорда — Знаека с процессом, в ходе которого магнитные линии разрываются и восстанавливаются, в результате чего магнитная энергия преобразуется в тепло, радиацию и выбросы плазмы.
Как отметил доктор Клаудио Мериногло, участник разработки кода: "Моделирование таких процессов жизненно важно для понимания сложной динамики релятивистских плазм в искривленном пространстве-времени возле компактных объектов, определяемой взаимодействием экстремальных гравитационных и магнитных полей." Для проведения симуляций команда использовала суперкомпьютеры в Гёттингене и Штутгарте, что позволило смоделировать влияние мощной гравитации черной дыры на эволюцию заряженных частиц и магнитных полей в соответствии с уравнениями Максвелла и общей теорией относительности Эйнштейна.
Результаты симуляций показали интенсивную активность в плоскости экватора СМЧД, что привело к образованию конденсированных энергетических пузырьков плазмы, движущихся с релятивистскими скоростями. В дальнейшем были обнаружены частицы с отрицательной энергией, которые подают энергию джетам и связанным с ними экстремальным явлениям. Доктор Филиппо Капмниллони, соведущий исследования, подчеркнул, что их результаты открывают возможность того, что механизм Б
