Badanie mechanizmu ładowania plazmy dżetów radiowych wystrzeliwanych z czarnych dziur

Supermasywne czarne dziury w centrum galaktyki czasami wystrzeliwują strumienie radiowe, czyli szybko poruszające się wypływy plazmy, które emitują silne sygnały radiowe. Jednak wiele na temat tych fal radiowych pozostaje niejasnych: w jaki sposób są one wytwarzane, zwłaszcza ich źródło energii i mechanizm ładowania plazmy.

Sąsiednia czarna dziura w sercu masywnej galaktyki eliptycznej M87 została niedawno pokazana na zdjęciach radiowych w ramach współpracy w ramach Event Horizon Telescope Collaboration. Obserwacja dostarczyła dowodów na poparcie tezy, że wirowanie czarnej dziury napędza dżety radiowe, ale niewiele wniosła do wyjaśnienia mechanizmu ładowania plazmy.

Zespół badawczy prowadzony przez Uniwersytet Tohoku astrofizycy zaproponowali obiecujący scenariusz, który wyjaśnia mechanizm ładowania plazmy do dżetów radiowych.

Według ostatnich odkryć czarne dziury są niezwykle namagnesowane, ponieważ pola magnetyczne są przenoszone do nich przez namagnesowaną plazmę galaktyk. The plazma otaczająca czarną dziurę następnie otrzymuje energię, gdy pobliska energia magnetyczna na krótko traci swoją energię w wyniku ponownego połączenia magnetycznego.

Rozbłyski słoneczne czerpią z tego energię ponowne połączenie magnetyczne. Plazma w rozbłyskach słonecznych uwalnia promieniowanie ultrafioletowe i rentgenowskie. W przeciwieństwie do tego, może powodować ponowne połączenie magnetyczne wokół czarnej dziury emisja promieni gamma ponieważ uwolniona energia na cząstkę plazmy jest znacznie wyższa niż w przypadku rozbłysku słonecznego.

Zgodnie z obecnym scenariuszem wypromieniowane promienie gamma oddziałują ze sobą i generują wiele par elektron-pozyton, które następnie są ładowane do strumieni radiowych.

Według scenariusza zaproponowanego przez naukowców wypromieniowane promienie gamma oddziałują ze sobą i generują wiele par elektron-pozyton, które następnie są ładowane do strumieni radiowych.

To wyjaśnia znaczne stężenie plazmy w strumieniach radiowych, co jest zgodne z danymi M87. Scenariusz stwierdza również, że różne czarne dziury mają różną intensywność sygnału radiowego. Sgr A*, supermasywna czarna dziura w naszej droga Mlecznana przykład wokół siebie znajdują się strumienie radiowe, ale są one zbyt słabe i niewykrywalne przez obecny sprzęt radiowy.

Scenariusz przewiduje także krótkotrwałą emisję promieniowania rentgenowskiego, gdy plazma jest ładowana do strumieni radiowych. Te sygnały rentgenowskie są pomijane przez obecne detektory rentgenowskie, ale można je zaobserwować za pomocą planowanych detektorów rentgenowskich.

Shigeo Kimura, główny autor badania, powiedziany, „W tym scenariuszu przyszła astronomia rentgenowska będzie w stanie rozwikłać mechanizm ładowania plazmy w dżety radiowe, co od dawna jest problemem tajemnica czarnych dziur".

Referencje czasopisma:

1. Shigeo S. Kimura, Kenji Toma i in. Rekoneksja magnetyczna w magnetosferach czarnych dziur: ładowanie leptonów do dżetów, nadświetlne plamy radiowe i rozbłyski o wielu długościach fal. The Astrophysical Journal Letters, DOI: 10.3847/2041-8213/ac8d5a