Астрофизики объяснили, почему черные дыры так ярко светятся

Есть некая ирония в том, что самые темные объекты во Вселенной — черные дыры — способны быть одними из самых ярких. Моделирование магнитных полей у черных дыр и нейтронных звезд позволило по-новому взглянуть на эту яркость.

Астрофизики из Колумбийского университета в Нью-Йорке разработали модель, которая показывает, как электроны, носящиеся по магнитным вихрям, как по американским горкам, генерируют необычайно сильное излучение.

Если применить эту модель к окрестностям черных дыр, то можно объяснить их невероятную яркость — аспект, который пока что не удавалось обосновать.

Никто не спорит, что часть яркости объясняется частицами, которые носятся по аккреционному диску газа и пыли и в итоге падают в дыру.

Эти заряженные частицы могут генерировать сильнейшие магнитные поля, из-за которых материя вырывается вверх и вниз, образуя знаменитые джеты. Скорость настолько велика, что они светятся электромагнитным излучением.

Но не весь спектр радиации окрестностей черных дыр можно вот так просто объяснить. Часть яркости не может быть термальной по определению, да и исходит она от иных областей, нежели от аккреционного диска.

Аккреционный диск — не единственный способ, которым материя может разогнаться до требуемой скорости.

В ходе турбуленции и магнитного перезамыкания — процесса разрыва и быстрого пересоединения линий магнитного поля — частицы разгоняются до скорости, близкой к скорости света, — объясняет Люка Комиссо, один из двух авторов исследования.

Хаос турбулентных магнитных полей вокруг Земли уже помог объяснить некоторые астрономические феномены. В частности, то, куда девается энергия быстрых электронов, когда они сталкиваются с магнитосферой.

Что же происходит у черных дыр? Условия там настолько экстремальные, что создать математическую модель движения полей очень непросто. Чтобы упростить задачу, ученые использовали метод частиц в ячейках. Так они просчитали траектории сотен миллиардов заряженных частиц.

Модель выявила, как в таких условиях электроны потенциально способны генерировать достаточно энергии для излучения. При этом большая часть этой энергии идет от случайных движений на высоких скоростях. Заряженные частицы выдают мощные волны электромагнитного излучения, которое, теоретически, видят астрономы, когда наблюдают за черными дырами и нейтронными звездами.

Теперь авторы статьи попытаются применить теорию на практике. Начнут с анализа Крабовидной туманности.

Научная статья была опубликована в The Astrophysical Journal. 

Фото: pixabay.com