Черная дыра питает гамма-излучение магнитным потоком
Когда интенсивное излучение испускается, черная дыра остается скрытой, потому что лучи света вблизи нее сильно искривляются, что приводит к появлению тени
Черные дыры находятся в центре почти всех галактик, которые были изучены до сих пор. Они обладают невообразимо большой массой и поэтому притягивают материю, газ и даже свет.
Но они также могут испускать материю в виде плазменных струй — своего рода плазменный луч, который выбрасывается из центра галактики с огромной энергией. Плазменная струя может простираться на несколько сотен тысяч световых лет в космос.
Когда это интенсивное излучение испускается, черная дыра остается скрытой, потому что лучи света вблизи нее сильно искривляются, что приводит к появлению тени. Об этом недавно сообщили исследователи коллаборации Event Horizon Telescope (EHT) для массивной черной дыры в гигантской эллиптической галактике M87.
В квазаре 3С279 — тоже черной дыре, команда EHT обнаружила еще одно явление: на расстоянии более чем в тысячу раз превышающем тень черной дыры, внезапно загорелось ядро плазменной струи. Как энергия для этой струи могла попасть туда, как будто через невидимую трубу, еще не было известно.
Этот квазар теперь наблюдался с помощью космического телескопа NASA Fermi-LAT астрофизиком Амитом Шуклой. Он обнаружил, что ядро струи, которое было обнаружено в миллиметровом диапазоне длин волн, также излучает высокоэнергетическое гамма-излучение, но с чрезвычайно мерцающей яркостью. Эта яркость может удвоиться в течение нескольких минут.
Особый характер последовательности изменений яркости характерен для универсального процесса, называемого магнитным пересоединением, который происходит во многих астрофизических объектах с сильными магнитными полями.
Солнечная активность также связана с динамикой магнитных полей и переподключением. Это было недавно продемонстрировано наблюдением «костров» в солнечной атмосфере с помощью миссии Solar Orbiter Европейского космического агентства ESA.
«Я видел, как анализ полученных данных выявил особую картину магнитного переподключения в световой кривой. Мне показалось, что я внезапно расшифровал иероглиф в алфавите черной дыры», — говорит Амит Шукла.
Во время переподключения энергия, которая изначально незримо хранится в магнитном поле, внезапно высвобождается в многочисленных «мини-струях».
В этих струях ускоряются частицы, которые затем производят наблюдаемое гамма-излучение. Магнитное пересоединение объяснило бы, как энергия достигает ядра струи из черной дыры и откуда она в конечном счете исходит.
Профессор Карл Мангейм, заведующий кафедрой астрономии JMU и соавтор публикации, объясняет: «пространство-время вблизи черной дыры в квазаре 3C279 вынуждено вращаться в коротации. Магнитные поля, прикрепленные к плазме вокруг черной дыры, выталкивают струю, замедляя вращение черной дыры и преобразуя часть ее вращательной энергии в излучение.»
A. Shukla et al. Gamma-ray flares from relativistic magnetic reconnection in the jet of the quasar 3C 279, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-17912-z