Черная дыра и физика рентгена

Астрофизики знают, что некоторые черные дыры выбрасывают в окружающее пространство джеты. Это релятивистские струи плазмы, которые дают сильное радиоизлучение. Рентгеновская обсерватория Чандра, которая была запущена в 1999 году, обнаружила, что внегалактические джеты в сотни световых лет длиной также эмитируют сильное рентгеновское излучение. Уже более двух десятилетий его происхождение вызывает споры среди ученых, однако оно по-прежнему остается загадкой.

Астрофизики Университета Мэриленд в Балтиморе, во главе с профессором Эйлин Мейер (Eileen Meyer), детально проанализировали архивные данные космической обсерватории Чандра и собрали статистику всех джетов, которые обсерватория наблюдала по нескольку раз. Всего исследователи нашли данные 155 разных областей 53 уникальных джетов.

Обработка данных однозначно показала, что рентгеновское излучение от 30 до 100% джетов переменно. Величина эмиссия изменяется с характерными временами от месяцев до нескольких лет. Статистические исследования потребовались потому, что вариации обычно составляют не более 10% величины сигнала, который и сам часто очень слаб. Исследование также выявило неоднородность эмиссии вдоль всей длины джета. Это говорит о том, что ускорение его частиц происходит даже на огромных расстояниях от материнской черной дыры.

Существуют две главные и принципиально разные модели явления. Одна предполагает, что в нем участвуют электроны с очень низкой энергией, вторая — с очень высокой. Астрофизики до сих пор были уверены в первом варианте, то есть в том, что рентгеновское излучение возникает в результате комптоновского рассеяния реликтового излучения на электронах джета, имеющих низкую энергию. Однако эта теория не допускает, что интенсивность рентгеновского излучения может меняться. Она должна оставаться стабильной миллионы лет. Альтернативная теория утверждает, что частицы джета должны быть сильно ускорены, как это происходит в современных ускорителях.

Существуют и менее известные теории, но Эйлин Мейер говорит, что ей так и не удалось выбрать подходящую. Поэтому она склоняется ко второму механизму. Она уверена, что открытие ее группы должно заставить астрофизиков отказаться от первой теории эмиссии рентгена джетом и даже переосмыслить способы возбуждения рентгеновского излучения на земных и космических масштабах. Статья, посвященная исследованию, появилась в журнале Nature Astronomy.