Przejdź do treści

Badanie mechanizmu dostarczania plazmy strumieni radiowych wyrzucanych z czarnych dziur

Schemat koncepcyjny mechanizmu dostarczania plazmy do strumienia radiowego.

W centrach galaktyk znajdują się supermasywne czarne dziury. Niektóre z nich wypuszczają szybko poruszające się strumienie plazmy, które emitują silne sygnały radiowe, znane jako strumienie radiowe.

Strumienie radiowe zostały po raz pierwszy odkryte w latach siedemdziesiątych, jednak wciąż niewiele o nich wiemy – źródła energii i mechanizmu dostarczania plazmy pozostają nieznane.

Niedawno zespół naukowy Teleskopu Horyzontu Zdarzeń uzyskał radiowe obrazy pobliskiej czarnej dziury w centrum olbrzymiej galaktyki eliptycznej M87. Obserwacje potwierdziły teorię, że spin czarnej dziury zasila radiowe dżety, ale niewiele wniosły do wyjaśnienia mechanizmu dostarczania plazmy. Teraz zespół badawczy, kierowany przez astrofizyków z Uniwersytetu Tohoku (Sendai, Japonia), zaproponował obiecujący scenariusz, który wyjaśnia mechanizm dostarczania plazmy do radiowych strumieni.

Ostatnie badania wykazały, że czarne dziury są silnie namagnesowane, ponieważ namagnesowana plazma wewnątrz galaktyk przenosi pola magnetyczne do czarnej dziury. Następnie sąsiednia energia magnetyczna przejściowo uwalnia swoją energię poprzez ponowne połączenie magnetyczne, pobudzając plazmę otaczającą czarną dziurę. To ponowne połączenie magnetyczne zapewnia źródło energii dla rozbłysków słonecznych. Plazma w rozbłyskach słonecznych emituje promieniowanie ultrafioletowe i rentgenowskie, natomiast ponowne połączenie magnetyczne wokół czarnej dziury może powodować emisję promieniowania gamma, ponieważ energia uwalniana na cząstkę plazmy jest znacznie wyższa niż w przypadku rozbłysku słonecznego.

Taki scenariusz sugeruje, że emitowane promienie gamma oddziałują ze sobą i wytwarzają obfite pary elektron-pozyton, które są dostarczane do strumieni radiowych. Wyjaśnia to dużą ilość plazmy obserwowanej w dżetach radiowych, zgodną z obserwacjami M87. Ponadto teoria te uwzględnia fakt, że moc sygnału radiowego różni się w zależności od czarnej dziury. Na przykład strumienie radiowe wokół Sgr A*supermasywnej czarnej dziury w naszej Drodze Mlecznej – są słabe i niewykrywalne przez obecnie stosowana przez badaczy urządzenia radiowe. Ponadto koncepcja ta przewiduje krótkotrwałą emisję promieniowania X, gdy plazma jest dostarczana do strumieni radiowych. Te sygnały rentgenowskie są pomijane przez obecne detektory rentgenowskie, ale są możliwe do zaobserwowania przez planowane detektory nowej generacji.

Zgodnie z tym scenariuszem badacze specjalizujący się w astronomii rentgenowskiej będą w przyszłości w stanie odkryć mechanizm dostarczania plazmy do strumieni radiowych, czyli długoletnią tajemnicę czarnych dziur – wskazuje Shigeo Kimura, główny autor badania.

Szczegóły badań Kimury i jego zespołu zostały opublikowane w „Astrophysical Journal Letters” 29 września 2022 roku.

Opracowanie: Agnieszka Nowak

Więcej informacji:

Źródło: Tokohu University

Na ilustracji: Schemat koncepcyjny mechanizmu dostarczania plazmy do strumienia radiowego. Źródło: Kenji Touma

Reklama