Некоторые из самых ярких объектов во Вселенной - это квазары. Вместо черных дыр, поглощающих материю, могут быть объекты с мощными магнитными полями, которые действуют как пропеллеры, возвращая материю обратно в галактику.
В далекой, молодой вселенной квазары сияют с блеском, не имеющим себе равных в местном космосе. Хотя они кажутся звездообразными в оптических телескопах, квазары на самом деле являются яркими центрами галактик, расположенными в миллиардах световых лет от Земли.
Кипящее ядро квазара в настоящее время изображается как содержащий диск горячего газа, спирально превращающийся в сверхмассивную черную дыру. Часть этого газа принудительно выбрасывается наружу в двух противоположных струях почти со скоростью света. Теоретики изо всех сил пытаются понять физику аккреционного диска и струй, в то время как наблюдатели пытаются заглянуть в сердце квазара. Центральный «двигатель», приводящий в действие реактивные двигатели, трудно изучать с помощью телескопов, потому что регион настолько компактен, а наблюдатели Земли находятся так далеко.
Астроном Руди Шильд из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (CfA) и его коллеги изучили квазар, известный как Q0957 + 561, расположенный на расстоянии около 9 миллиардов световых лет от Земли в направлении созвездия Большой Медведицы вблизи Большой Медведицы. Этот квазар содержит центральный компактный объект с массой 3-4 миллиарда Солнц. Большинство считает этот объект «черной дырой», но исследование Шильда предполагает иное.
«Мы не называем этот объект черной дырой, потому что мы нашли доказательства того, что он содержит внутреннее закрепленное магнитное поле, которое проникает прямо сквозь поверхность свернутого центрального объекта и взаимодействует с квазарной средой», - прокомментировал Шильд.
Исследователи выбрали Q0957 + 561 для связи с естественной космической линзой. Гравитация соседней галактики изгибает пространство, образуя два изображения далекого квазара и увеличивая его свет. Звезды и планеты в близлежащей галактике также влияют на свет квазара, вызывая небольшие колебания яркости (в процессе, называемом «микролинзированием»), когда они смещаются к линии обзора между Землей и квазаром.
Шильд следил за яркостью квазара в течение 20 лет и руководил международным консорциумом наблюдателей, эксплуатирующих 14 телескопов, чтобы держать объект под постоянным круглосуточным наблюдением в критические моменты времени.
«С помощью микролинзирования мы можем различить больше деталей из этой так называемой« черной дыры »на две трети пути к краю видимой вселенной, чем мы можем это сделать из черной дыры в центре Млечного пути», - сказал Шильд.
Благодаря тщательному анализу, команда выявила подробности о ядре квазара. Например, их расчеты точно указали место, где образуются струи.
«Как и где образуются эти самолеты? Даже после 60 лет радионаблюдений у нас не было ответа. Теперь доказательства есть, и мы знаем, - сказал Шильд.
Шильд и его коллеги обнаружили, что джеты появляются из двух областей размером 1000 астрономических единиц (примерно в 25 раз больше расстояния Плутон-Солнце), расположенных на расстоянии 8000 астрономических единиц непосредственно над полюсами центрального компактного объекта. (Астрономическая единица определяется как среднее расстояние от Земли до Солнца, или 93 миллиона миль.) Однако это место можно было ожидать, только если бы джеты получали питание от повторного подключения линий магнитного поля, которые были привязаны к вращающемуся сверхмассивному компактному объекту. в квазаре. Взаимодействуя с окружающим аккреционным диском, такие линии вращающегося магнитного поля раскручиваются, закручиваясь все крепче и плотнее, пока они взрывно не объединяются, не воссоединяются и не разрушаются, высвобождая огромное количество энергии, которая питает струи.
«Похоже, что в этом квазаре динамически доминирует магнитное поле, внутренне закрепленное на его центральном вращающемся сверхмассивном компактном объекте», - заявил Шильд.
Еще одно доказательство важности внутреннего заякоренного магнитного поля квазара найдено в окружающих структурах. Например, внутренняя область, ближайшая к квазару, кажется, была очищена от материала. Внутренний край аккреционного диска, расположенный примерно в 2000 астрономических единицах от центрального компактного объекта, нагревается до ламп накаливания и ярко светится. Оба эффекта являются физическими признаками закрученного внутреннего магнитного поля, которое создается вращением центрального компактного объекта - явление, называемое «эффект магнитного пропеллера».
Наблюдения также предполагают наличие широкого конусообразного оттока из аккреционного диска. Когда он освещен центральным квазаром, он сияет в форме кольца, известного как структура Элвиса, после коллеги Шильда по CfA Мартина Элвиса, который теоретизировал его существование. Наблюдаемое неожиданно большое угловое отверстие истечения лучше всего объясняется влиянием собственного магнитного поля, содержащегося в центральном компактном объекте в этом квазаре.
В свете этих наблюдений Шилд и его коллеги, Дэррил Лейтер (Исследовательский центр астрофизики им. Марвуда) и Стэнли Робертсон (Юго-западный государственный университет Оклахомы), предложили противоречивую теорию о том, что магнитное поле присуще центральному сверхмассивному компактному объекту квазара, а скорее чем только быть частью аккреционного диска, как думают большинство исследователей. В случае подтверждения эта теория приведет к революционно новой картине квазарной структуры.
«Наши находки бросают вызов общепринятому взгляду на черные дыры», - сказал Лейтер. «Мы даже предложили для них новое название - магнитосферные вечно коллапсирующие объекты, или MECO», - вариант названия, впервые введенный индийским астрофизиком Абхасом Митрой в 1998 году. «У астрофизиков 50 лет назад не было доступа к современному пониманию. квантовой электродинамики, которая стоит за нашими новыми решениями оригинальных уравнений относительности Эйнштейна ».
Это исследование предполагает, что, в дополнение к своей массе и вращению, центральный компактный объект квазара может иметь физические свойства, больше напоминающие вращающийся магнитный диполь с большим красным смещением, чем черную дыру. По этой причине большая часть приближающегося вещества не исчезает навсегда, а вместо этого чувствует вращающиеся магнитные поля, похожие на двигатели, и возвращается обратно. Согласно этой теории, MECO не имеет горизонта событий, поэтому любая материя, которая может попасть на магнитный винт, постепенно замедляется и останавливается на сильно смещенной поверхности MECO с помощью слабого сигнала, связывающего излучение от этого вещества. отдаленному наблюдателю. Этот сигнал очень трудно наблюдать, и он не был обнаружен в Q0957 + 561.
Это исследование было опубликовано в июльском номере Астрономического журнала за 2006 год и доступно в Интернете по адресу http://arxiv.org/abs/astro-ph/0505518.
Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики (CfA) со штаб-квартирой в Кембридже, штат Массачусетс, является совместным сотрудничеством Смитсоновской астрофизической обсерватории и обсерватории Гарвардского колледжа. Ученые CfA, объединенные в шесть исследовательских отделов, изучают происхождение, эволюцию и судьбу вселенной.
Источник: пресс-релиз CfA
