Предложен способ поиска «кротовых нор» в космосе
11.02.2024 г.
Исследователи из Крымской Астрофизической Обсерватории, Физического института им. Лебедева РАН и Московского физико-технического института предложили новое понимание природы джетов — струй плазмы, которые на скорости, близкой к световой, вырываются из сверхмассивных черных дыр в центрах активных галактик. Статья с результатами исследований опубликована в журнале Monthly Notices of Royal Astronomical Society.
Новый подход для изучения и описания свойств релятивистских выбросов сверхмассивных черных дыр, был разработан заведующей лабораторией фундаментальных и прикладных исследований релятивистских объектов Вселенной МФТИ Еленой Нохриной и профессором РАН, ведущим научным сотрудником Крымской астрофизической обсерватории Александром Пушкаревым.
По современным представлениям джеты образуются, когда вещество из звезд или газовых облаков устремляется в гравитационную яму сверхмассивной черной дыры в центре галактики. При этом материя образует дискообразную структуру — так называемый аккреционный диск. Взаимодействие этой массы и магнитного поля черной дыры порождает мощный выброс, который в виде узкой струи устремляется в космос. Длина такого выброса достигает сотен и тысяч световых лет.
Московские и крымские ученые на основе интерферометрических наблюдений предложили новаторский подход к определению физический параметров, определяющих активность этих объектов. Причем, оказалось, что выдвинутая гипотеза хорошо сочетается с другими знаниями об этих космических объектах и укладывается в математические уравнения.
«Раньше предполагали, что джет имеет коническую форму, расширяясь по мере удаления от своего ядра — основания. Причем, считалось, что плазма в джете разогнана в начале до максимальной скорости и на всем его протяжении распространяется равномерно. Однако, ранее мы показали, что, наоборот, джет имеет форму параболы, а вещество в нем движется не равномерно, а разгоняется на каждом этапе пути. Эти данные существенно противоречат общепринятому методу оценки магнитного поля в джетах. В нашей новой работе мы предложили такой метод определения магнитного поля в джетах, который согласован с новой картиной формы джетов и ускорения плазмы в них. Хотя этот метод требует больше наблюдательных данных, он позволяет легко экстраполировать величину поля с парсековых масштабов на масштабы гравитационного радиуса, то есть заглядывать в самое сердце активной машины», — объяснила суть новых предположений Елена Нохрина.
«Новые наблюдательные данные позволили усовершенствовать способ, которые астрофизики прежде использовали для расчета свойств джетов — так называемый метод сдвига ядра. Он заключается в том, что видимое основание джета в радиодиапазоне смещено от своего истинного положения и зависит от частоты излучения, что в свою очередь позволяет определять напряженность магнитного поля в непосредственной близости от центральной машины источника», — добавил Александр Пушкарев.
Для примера ученые применили свое понимание природы джета к галактике М87 и квазару NGC 315. Эти объекты хорошо изучены в ходе реализации международного проекта Телескопа Горизонта Событий и по данным наблюдений на других интерферометрах со сверхдлинными базами. Сделанные расчеты показали, что новая теория хорошо сочетается с прежде известными данными.
Как считают авторы научной работы, предложенная модель поможет не только в изучении сверхмассивных черных дыр и их джетов, но также даст возможность открыть новые экзотические объекты, которые в настоящее время существуют в виде гипотез.
«В частности, известно, что скопления вещества в аккреционном диске вокруг черной дыры, не могут образовать магнитные поля с энергией более 104 Гс (гаусс). Значит, усовершенствованный нами метод сдвига можно использовать как индикатор. Если мы зафиксируем объекты с энергией магнитного поля, которая превышает этот уровень, то можем предположить наличие новых неизвестных прежде форм пространства-времени», — пояснила Елена Нохрина.
Например, благодаря более точному пониманию природы джета астрофизики получат новый инструмент для поиска в космосе таких высокоэнергетических объектов, как «кротовые норы» или, как их называют за рубежом, «червоточины». Это гипотетические «тоннели», которые из-за неравномерности пространства-времени могут напрямую соединять удаленные точки Вселенной.
Другой тип объектов, неизвестных науке, которые можно обнаружить, используя предложенные модели, — это кварковые звезды. Так называют астрофизики называют гипотетические массивы в космосе, которые состоят не из атомов, а из кварков — самых элементарных «кирпичиков» материи.
В ближайшей перспективе новая модель джетов может быть полезна при подготовке научной программы российской космической обсерватории «Спектр-М», запуск которой запланирован в начале 2030 годов. Одна из задач этой миссии — поиск «кротовых нор» в квазарах.
Работа опубликована:
Core shift in parabolic accelerating jets
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 528, Issue 2, February 2024, Pages 2523–2532
E. E. Nokhrina, A. B. Pushkarev
https://doi.org/10.1093/mnras/stae179