Сверхмассивные черные дыры в центрах галактик - самые массивные объекты во Вселенной. Их масса колеблется от 1 миллиона до 10 миллиардов масс Солнца. Некоторые из этих черных дыр также выбрасывают гигантские, перегретые струи плазмы почти со скоростью света. Основной способ, которым струи выделяют эту мощную энергию движения, заключается в преобразовании ее в чрезвычайно высокоэнергетические гамма-лучи. Однако кандидат наук по физике UMBC Адам Ли Харви говорит: "как именно создается это излучение-вопрос открытый."

Струя должна где-то разрядить свою энергию, а предыдущая работа не согласуется, где. Основными кандидатами являются две области, состоящие из газа и света, которые окружают черные дыры, называемые областью широкой линии и молекулярным Тором.

Струя черной дыры способна преобразовывать видимый и инфракрасный свет в любой области в высокоэнергетические гамма-лучи, отдавая часть своей энергии. Новое исследование Харви, финансируемое НАСА, проливает свет на этот спор, предлагая убедительные доказательства того, что струи в основном выделяют энергию в молекулярном Торе, а не в области широкой линии. Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications в соавторстве с физиками UMBC Маркосом Георганопулосом и Эйлин Мейер.

Далеко отсюда

Область широкой линии находится ближе к центру черной дыры, на расстоянии около 0,3 световых лет. Молекулярный Тор находится гораздо дальше-более 3 световых лет. Хотя все эти расстояния кажутся огромными для неастронома, новая работа "говорит нам, что мы получаем рассеивание энергии далеко от черной дыры в соответствующих масштабах", - объясняет Харви.

"Эти выводы чрезвычайно важны для нашего понимания реактивных двигателей, запускаемых черными дырами", - говорит Харви. Какая область в первую очередь поглощает энергию струи, дает ключ к тому, как струи первоначально формируются, набирают скорость и становятся колоннообразными. Например," это указывает на то, что струя недостаточно ускоряется в меньших масштабах, чтобы начать рассеивать энергию", - говорит Харви.

Другие исследователи предложили противоречивые идеи о структуре и поведении струй. Однако из-за надежных методов, которые Харви использовал в своей новой работе, они ожидают, что результаты будут широко приняты в научном сообществе. "Результаты в основном помогают ограничить эти возможности—эти различные модели-формирования струи."

На твердой почве

Чтобы прийти к своим выводам, Харви применил стандартный статистический метод, называемый "бутстрэппингом", к данным 62 наблюдений струй черных дыр. "Многое из того, что было до этой статьи, было очень зависимым от модели. Другие работы сделали много очень специфических предположений, в то время как наш метод чрезвычайно общий", - объясняет Харви. -Здесь нет ничего, что могло бы подорвать анализ. Это хорошо понятные методы и просто использование данных наблюдений. Так что результат должен быть правильным."

Центральное место в анализе занимала величина, называемая семенным фактором. Коэффициент затравки указывает, откуда берутся световые волны, которые струя преобразует в гамма-лучи. Если преобразование происходит в молекулярном Торе, то ожидается один фактор затравки. Если это произойдет в области широкой линии, фактор семян будет другим.

Джорджанополус, адъюнкт-профессор физики и один из советников Харви, первоначально разработал концепцию фактора семян, но "применение идеи фактора семян должно было ждать кого-то с большим упорством, и этим кем-то был Адам Ли", - говорит Джорджанополус.

Харви рассчитал коэффициенты затравки для всех 62 наблюдений. Они обнаружили, что начальные факторы попали в нормальное распределение, выровненное почти идеально вокруг ожидаемого значения для молекулярного Тора. Этот результат убедительно свидетельствует о том, что энергия струи разряжается в световые волны в молекулярном Торе, а не в области широкой линии.

Касательные и поиски

Харви делится тем, что поддержка их наставников, Георганопулоса и Мейера, доцента физики, сыграла важную роль в успехе проекта. "Я думаю, что без того, чтобы они позволили мне пойти на множество касательных и поисков того, как делать вещи, это никогда не достигло бы того уровня, на котором оно находится", - говорит Харви. "Поскольку они позволили мне действительно копаться в этом, я смог вытащить гораздо больше из этого проекта."

Харви называет себя" астрономом-наблюдателем", но добавляет: "На самом деле я больше специалист по данным и статистике, чем физик." И статистика была самой захватывающей частью этой работы, говорят они.

"Я просто думаю, что это действительно здорово, что я смог найти методы для создания такого сильного исследования такой странной системы, которая так далека от моей личной реальности." - Говорит Харви. - Будет забавно посмотреть, что люди с ней сделают."

ИСТОЧНИК