NatComms: рентгеновское излучение черных дыр вызвано турбулентной плазмой

Финские астрофизики из Хельсинского университета раскрыли секрет, интриговавший их коллег с 1970-х годов. Они выяснили, почему черные дыры действуют как мощные источники рентгеновских лучей. Исследование опубликовано в научном журнале Nature Communications (NatComms).

Большинство наблюдаемых черных дыр имеют звезду-компаньона, с которой они образуют двойную звездную систему. В двойной системе объекты вращаются вокруг друг друга, а вещество звездного спутника постепенно затягивает в гравитационную воронку. Этот медленно текущий поток газа часто образует аккреционный диск вокруг черной дыры — яркий, наблюдаемый источник рентгеновского излучения.

Используя детальное суперкомпьютерное моделирование, ученые смоделировали взаимодействие между излучением, плазмой и магнитными полями вокруг черных дыр. Оказалось, что хаотические движения (турбулентность), вызванные магнитными полями, нагревают локальную плазму и заставляют ее испускать рентгеновское излучение.

В моделируемой смеси электронно-позитронной плазмы и фотонов локальное рентгеновское излучение может превращаться в электроны и позитроны, которые затем аннигилируют обратно в излучение при соприкосновении.

Турбулентная плазма естественным образом производит тот тип рентгеновского излучения, который наблюдается в аккреционных дисках.

Моделирование также впервые позволило увидеть, что плазма вокруг черных дыр может находиться в двух различных равновесных состояниях в зависимости от внешнего поля излучения. В одном состоянии плазма холодная и прозрачная, а в другом — горячая и непроницаемая.