Badanie mechanizmu dostarczania plazmy strumieni radiowych wyrzucanych z czarnych dziur

Galaktyki posiadają w swoich centrach supermasywne czarne dziury. Niektóre z nich wypuszczają szybko poruszające się strumienie plazmy, które emitują silne sygnały radiowe, znane jako strumienie radiowe.

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

Strumienie radiowe zostały po raz pierwszy odkryte w latach 70. XX wieku. Jednak wiele informacji na temat ich powstawania pozostaje nieznanych, w szczególności źródła energii i mechanizmu dostarczania plazmy.

Niedawno zespół współpracowników Teleskopu Horyzontu Zdarzeń odkrył 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, 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.

Obecny 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 scenariusz uwzględnia, 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 zbyt słabe i niewykrywalne przez obecne urządzenia radiowe.

Ponadto scenariusz przewiduje krótkotrwałą emisję promieniowania X, gdy plazma jest dostarczana do radiowych strumieni. Te sygnały rentgenowskie są pomijane przez obecne detektory rentgenowskie, ale są możliwe do zaobserwowania przez planowane detektory rentgenowskie.

Zgodnie z tym scenariuszem, przyszła astronomia rentgenowska będzie w stanie odkryć mechanizm dostarczania plazmy do strumieni radiowych, 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

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Czarna dziura wyrzuca gwiezdne szczątki

Ujawniono ogólną strukturę gwiazdy neutronowej

Teleskop Webba wykonał swoje pierwsze zdjęcie egzoplanety