Предложено объяснение природы крайне высокоэнергетических гамма-лучей, приходящих из центра нашей галактики, из области находящейся там сверхмассивной черной дыры.

Компьютерная модель газового облака вокруг сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики


Черная дыра действует как колоссальный акселератор, вырывая протоны из окружающей плазмы и разгоняя их (желтая линия) перед столкновением с медленными протонами в пространстве. Выделяемой в результате энергии достаточно для формирования мощнейшего гамма-излучения (зеленая линия)

О том, что центр Млечного Пути активно излучает, известно уже несколько лет. Источником считается газовый диск, окружающий центральную черную дыру – в процессе падения на ее поверхность, газ разгоняется до колоссальных скоростей, испуская высокоэнергетические фотоны. Однако в 2004 г. были обнаружены гамма-лучи, приходящие из центра галактики и обладающие колоссальной энергией в десятки триллионов электрон-вольт. Открытие порядком озадачило астрономов, поскольку такая энергия была слишком высока для того, чтобы вписываться в «теорию газового диска». Группой ученых из Аризонского университета , Национальной лаборатории в Лос-Аламосе , а также австралийского Университета в Аделаиде открыт физический механизм, способный объяснить природу этого излучения.

Согласно их схеме, ключевую роль в образовании излучения играет все та же черная дыра, работающая не только как поглотитель материи, но и как колоссальный ускоритель частиц. Согласно расчетам исследователей, черная дыра, лежащая в центре нашей галактики, может разгонять потоки протонов до энергий в 100 триллионов электрон-вольт. «Эта цифра может показаться более впечатляющей, если учесть, что наша черная дыра ведет себя крайне спокойно по сравнению более массивными черными дырами, находящимися в других галактиках», – отмечает астрофизик Дэвид Баллентайн (David Ballantyne), один из участников исследования.

Столь колоссальное ускорение частиц должно происходить в непосредственной близости от черной дыры, под действием ее крайне мощных магнитных полей. «С тех пор, как 30 лет назад в центре нашей галактики была открыта сверхмассивная черная дыра, она то и дело служит источником сенсаций. Теперь мы обнаружили, что ее «спокойствие» в широком спектре излучения весьма обманчиво. На самом деле она выбрасывает огромное количество энергии, разгоняя частицы у самого горизонта событий, то есть у границы той сферы, из которой уже нет возвращения», — говорит Фульвио Мелиа (Fulvio Melia).

Ученые смоделировали поведение частиц на компьютере: несмотря на скорость, близкую к световой, их движение оказалось хаотичным и криволинейным. Чтобы вылететь за пределы газового диска, простирающегося вокруг черной дыры на расстояние в 10 световых лет, ускоренному протону требуется несколько тысячелетий. Выбравшись в свободное пространство, он в конце концов сталкивается с медленным протоном межзвездного водорода. Энергия такого удара достаточна для образования пионов, или пи-мезонов. Эти частицы очень быстро распадаются, испуская гамма-лучи крайне высокой энергии. Выбраться из окрестностей черной дыры удается примерно 69% ускоренных протонов – 31% переживает столкновение и производит излучение в пределах газового диска. Как утверждают исследователи, предложенная ими модель прекрасно соотносится с данными о спектре и яркости наблюдаемого излучения.

По публикации Science Daily