Астрофізики пояснили, чому чорні діри так яскраво світяться

Є якась іронія в тому, що найтемніші об'єкти у Всесвіті - чорні діри - здатні бути одними з найяскравіших. Моделювання магнітних полів у чорних дір і нейтронних зірок дозволило по-новому поглянути на цю яскравість.

Астрофізики з Колумбійського університету в Нью-Йорку розробили модель, яка показує, як електрони, що носяться по магнітним вихором, як по американських горах, генерують надзвичайно сильне випромінювання.

Якщо застосувати цю модель до околиць чорних дір, то можна пояснити їх неймовірну яскравість - аспект, який поки що не вдавалося довести.

Ніхто не сперечається, що частина яскравості пояснюється частинками, які носяться по аккреционного диску газу і пилу і в підсумку падають в дірку.

Ці заряджені частинки можуть генерувати сильні магнітні поля, через які матерія виривається вгору і вниз, утворюючи знамениті джети. Швидкість настільки велика, що вони світяться електромагнітним випромінюванням.

Але не весь спектр радіації околиць чорних дір можна ось так просто пояснити. Частина яскравості не може бути термальною за визначенням, так і виходить вона від інших областей, ніж від аккреційного диска.

Аккреційний диск - не єдиний спосіб, яким матерія може розігнатися до необхідної швидкості.

В ході турбуленции і магнітного перезамикання - процесу розриву і швидкого перез'єднання ліній магнітного поля - частинки розганяються до швидкості, близької до швидкості світла, - пояснює Люка Коміссо, один з двох авторів дослідження.

Хаос турбулентних магнітних полів навколо Землі вже допоміг пояснити деякі астрономічні феномени. Зокрема, те, куди дівається енергія швидких електронів, коли вони стикаються з магнітосферою.

Що ж відбувається у чорних дірах? Умови там настільки екстремальні, що створити математичну модель руху полів дуже непросто. Щоб спростити завдання, вчені використовували метод частинок в осередках. Так вони прорахували траєкторії сотень мільярдів заряджених частинок.

Модель виявила, як в таких умовах електрони потенційно здатні генерувати достатньо енергії для випромінювання. При цьому велика частина цієї енергії йде від випадкових рухів на високих швидкостях. Заряджені частинки видають потужні хвилі електромагнітного випромінювання, яке, теоретично, бачать астрономи, коли спостерігають за чорними дірами і нейтронними зірками.

Тепер автори статті спробують застосувати теорію на практиці. Почнуть з аналізу Крабовидной туманності.

Наукова стаття була опублікована в The Astrophysical Journal.

Фото: pixabay.com