Обнаружено противоречащее принятой модели поведение струй черных дыр

Астрономы Университета Мэриленда (США) обнаружили, что рентгеновское излучение, которое испускают струи черных дыр, меняет свою яркость всего за несколько лет. Это бросает вызов широко распространенным взглядам, согласно которым рентгеновское излучение джетов остается стабильным в течение миллионов лет. Об открытии сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy.

Рентгеновская обсерватория Chandra, которая обладает высоким пространственным и временным разрешением, обнаружила сотни радиоструй (радиоджетов), которые исходят с полюсов черных дыр, поглощающих межзвездное вещество, и устремляются на тысячи световых лет в пространство, находящееся сверху или снизу видимого диска родительской галактики. Однако для астрономов оказалось неожиданным то, что многие из струй демонстрируют аномально высокий и жесткий поток рентгеновского излучения.

Для объяснения механизма генерации этого излучения была предложена модель обратного комптоновского рассеяния космического микроволнового фона (IC/CMB). Она требует, чтобы джеты сохраняли релятивистскую скорость в пределах тысяч световых лет. Относительно низкоэнергетические частицы неизбежно рассеивают фотоны космического микроволнового фона, передавая им свою энергию, в результате чего и возникают рентгеновские лучи. Однако любая наблюдаемая изменчивость рентгеновского излучения несовместима с IC/CMB.

Исследователи проанализировали архивные данные рентгеновской обсерватории Chandra, изучив 53 внегалактические радиоструи, в том числе два джета в галактиках M87 и Центавр А. Ученые обратили внимание на 155 областей рентгеновских струй, обнаружив, что поведение излучения в 18 из них не согласуются с моделью IC/CMB и изменяется в пределах от месяцев до нескольких лет.

Авторы предположили, что эти изменения можно объяснить синхротронным происхождением: излучение порождается популяцией высокоэнергетических электронов в несколько тераэлектронвольт, сосредоточенных в небольших областях пространства. Наличие таких популяций, которые занимают объемы, намного меньше поперечного сечения струи, представляет серьезную проблему для теоретических моделей ускорения частиц по всему объему джета. Вероятной причиной локализованного ускорения частиц может быть перезамыкание магнитных силовых линий в струе, однако объяснение этого феномена станет задачей для будущих исследований.