Ученые объяснили, почему области черных дыр ярко светятся

МОСКВА, 28 ноя — РИА Новости. Исследователи из Колумбийского университета (США) представили новое объяснение физики процессов мощного электромагнитного свечения областей черных дыр и нейтронных звезд. Результаты опубликованы в журнале Astrophysical Journal.

Ученые десятилетиями обсуждают природу электромагнитного излучения, испускаемого областями, в которых расположены самые плотные объекты Вселенной — черные дыры и нейтронные звезды.

Считается, что высокоэнергетическое излучение, благодаря которому эти области ярко светятся, генерируется электронами, движущимися со скоростями, близкими к скорости света. Однако, что за процесс разгоняет эти частицы, оставалось загадкой.

Построив массивные суперкомпьютерные кинетические симуляции процессов, происходящих в областях свечения, американские астрофизики Лука Комиссо (Luca Comisso) и Лоренцо Сирони (Lorenzo Sironi) пришли к выводу, что мощное электромагнитное возбуждение возникает благодаря совместному действию двух факторов: турбулентного движения частиц и эффекта переподключения сверхсильных магнитных полей.

"Области, в которых расположены черные дыры и нейтронные звезды, наполнены чрезвычайно горячим газом заряженных частиц, а линии магнитного поля, смещаемые хаотическими движениями газа, приводят к магнитному переподключению — явлению, при котором линии магнитного поля разрываются и снова быстро воссоединяются, — приводятся в пресс-релизе Колумбийского университета слова Лука Комиссо. — Благодаря электрическому полю, созданному этим переподключением и турбулентностью, частицы ускоряются до экстремальных энергий, которые намного выше, чем в самых мощных ускорителях, таких как Большой адронный коллайдер в ЦЕРН".

"Для расчета траекторий сотен миллиардов заряженных частиц, которые самосогласованно определяют характер электромагнитного поля, мы использовали самый точный метод — метод частиц в ячейке", — говорит Лоренцо Сирони.

© Luca Comisso and Lorenzo Sironi

Суперкомпьютерное моделирование флуктуации плотности частиц в экстремальных турбулентных средах, в которых находятся черные дыры и нейтронные звезды. Частицы ускоряются до чрезвычайно высоких скоростей благодаря взаимодействиям с сильными турбулентными колебаниями в среде

Моделирование показало, что именно в момент переподключения возникают частицы, которые ускоряются турбулентными магнитными полями до самых высоких энергий. При этом большую часть своей энергии частицы получают, случайным образом отскакивая с чрезвычайно высокой скоростью от флуктуаций турбулентности. В сильных магнитных полях частицы двигаются по искривленным траекториям, испуская электромагнитное излучение.

"Это то самое излучение, которое мы наблюдаем вокруг черных дыр и нейтронных звезд", — добавляет Сирони.

Авторы планируют протестировать свои теоретические построения на Крабовидной туманности в созвездии Тельца — наиболее ярком объекте, обладающим мощным электромагнитным излучением. Туманность образовалась на месте сверхновой, взорвавшейся в 1054 году.