Моделювання струменів плазми - джетів, створених надмасивними дірами в центрах галактик, пояснило, чому в одних випадках вони залишають галактики, а в інших ні.
Джети називають величезні струмені плазми, що вириваються з навколосвітньою швидкістю з центру деяких галактик. За сучасними уявленнями вони виникають через падіння речовини на надмасивні чорні діри в центрах галактик. Взаємодія акреційного диска з цієї речовини, що оточує чорну діру, що обертається, з її магнітним полем і породжує струмені. Джети - найпотужніше джерело випромінювання в різних діапазонах.
Однак механізм освіти джетів і їх випромінювання ще недостатньо вивчений. Зокрема, незрозуміло, чому в одних галактиках подібні джети потужні і перетворюють їх на найяскравіші маяки, видимі з величезних відстаней, а в інших струмені слабкі і швидко розпадаються, навіть не доходячи до краю галактики. На це запитання відповіла стаття американських астрономів, опублікована в журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Керівник роботи - один з провідних у світі фахівців з фізики джетів, випускник МФТІ Олександр Чеховський.
Дослідники провели тривимірне моделювання процесів, які відбуваються в струмені при взаємодії іонізованих частинок плазми з магнітним полем. Найважливішим було пояснити причину, через яку струмені розпадаються. Раніше астрономи припускали, що це відбувається, наприклад, через червоних гігантів, які зустрічаються на шляху струменя. Автори ж даної роботи виявили, що джет може розвалитися без будь-якого зовнішнього впливу, тільки через фізику самого струменя. Винуватцем цього буде так звана нестійкість плазми в магнітному полі. Струмінь починає погойдуватися в деяких місцях. Якщо це розгойдування відбувається швидше, ніж газ у струмені проходить від його початку до кінця, то струмінь зруйнується. Якщо повільніше, то залишиться стабільною.
Астрофізики порівняли джет з макароніною, яка проходить через отвір у обертовому диску. Це закручує її подібно пружині. Закручені, згорнуті магнітні поля в ній діють подібно гнучкому зверлу, який намагається проникнути в навколишній газ. Якщо струмінь недостатньо сильний, то стає вузькою, схильною до перегинів і заломлень. При цьому гарячий іонізований газ вивергається в галактику, як правило, нагріваючи її. Потужні, більш широкі струмені здатні пробити навколишній газ і вийти в міжгалактичне середовище. Визначальними факторами для цього будуть сила струменя, швидкість падіння щільності газу зі збільшенням відстані і, як правило, маси і радіусу ядра галактики.
Процес, що генерує струмені, може виникати і зупинятися через 10-100 мільйонів років, про що говорять спостереження у деяких галактик двох джетів, один з яких старий і «обірваний».
Відповідь на питання про природу нестабільності струменя може пролити світло і на розвиток самих галактик і їх центральних чорних дір. Нестабільні струмені повідомляють галактиці багато енергії, розігріваючи газ., що знаходиться в ній, це уповільнює його падіння на чорну діру і зіроутворення. Цілий ряд механізмів при цьому обмежує зростання чорних дір. Крім того, розроблена модель може допомогти астрономам зрозуміти й інші типи джетів, наприклад, генеровані окремими зірками, що ми бачимо, як гамма-сплески або пульсари.
За матеріалами Королівського астрономічного товариства.
Там же можна подивитися відео з результатами моделювання.