Опровергнута теория о природе рентгеновского излучения выбросов черных дыр

Лишь относительно недавно исследователи обнаружили, что джеты черных дыр излучают рентгеновское излучение. То, как джеты ускоряют частицы до этого высокоэнергетического состояния, до сих пор остается загадкой. Новые открытия, опубликованные в Nature Astronomy  могут поколебать надежность одной ведущей теории. И, кажется, пришла пора  переосмыслить, как работает ускорение частиц в джетах и, возможно, в других местах во Вселенной.

«Одна из причин, по которой мы в восторге от этой изменчивости, заключается в том, что существуют две основные модели образования рентгеновского излучения в этих струях, и они совершенно разные, — объясняет ведущий автор Эйлин Мейер, астроном из Университета Мэриленда. — Одна модель использует электроны с очень низкой энергией,  другая — электроны с очень высокой энергией. И одна из этих моделей совершенно несовместима с любым типом изменчивости».

В ходе исследования ученые проанализировали архивные данные рентгеновской обсерватории Чандра — самой доступной рентгеновской обсерватории с самым высоким разрешением. Специалисты изучили почти все струи черных дыр, за которыми Чандра провела несколько наблюдений, что составило 155 уникальных областей в 53 струях.

Обнаружение относительно частой изменчивости в таких коротких временных масштабах «является революционным в контексте этих джетов, потому что этого совсем не ожидали», — отмечает Мейер.

В дополнение к предположению о стабильности рентгеновского излучения во времени, простейшая теория того, как джеты генерируют рентгеновское излучение, предполагает: ускорение частиц происходит в центре галактики в «двигателе» черной дыры, который приводит в движение джет. Однако новое исследование обнаружило быстрые изменения в рентгеновском излучении по всей длине джетов. Это говорит о том, что ускорение частиц происходит на всем протяжении джета, на огромных расстояниях от источника джета в черной дыре.

Результаты также намекают на то, что струи, расположенные ближе к Земле, имеют большую изменчивость, чем те, которые расположены намного дальше. Последние находятся невероятно далеко. Можно привести такое сравнение: когда исходящий от них свет достигает телескопа, это все равно что оглядываться назад во времени. Раньше  Вселенная была меньше, а окружающее излучение больше, и это  могло привести к большей стабильности рентгеновских лучей в джетах.

Несмотря на выдающееся разрешение изображений Chandra, набор данных вызвал серьезные проблемы. Телескоп наблюдал за некоторыми очагами изменчивости всего с горсткой рентгеновских фотонов. И изменчивость рентгеновского излучения в данной струе обычно составляла десятки процентов или около того. Чтобы избежать непреднамеренного учета случайности как реальной изменчивости, Мейер сотрудничал со статистиками из Университета Торонто и Имперского колледжа Лондона.

«Извлечение этого результата из данных было почти чудом, потому что наблюдения не были предназначены для его обнаружения», — говорит Мейер.

Анализ группы показывает, что от 30 до 100 процентов джетов в исследовании показали изменчивость в коротких временных масштабах.

Новые результаты образуют существенные бреши в одной из основных теорий образования рентгеновского излучения в джетах черных дыр , и ученые надеются, что теоретики разработают модели струй, которые согласуются с их открытием.

Нет комментариев