Форма релятивистских струй может зависеть от магнитного поля

Джонатан Маккинни (Jonathan McKinney) из Мэрилендского университета в Колледж-Парке и Александр Чеховский, представляющий Принстонский университет (оба — США), смоделировали процессы, связанные с падением вещества в чёрные дыры (ЧД). Итоги получились нетривиальными.

Десятилетиями научный мир пользовался упрощёнными моделями падения вещества в ЧД, и альтернатив из-за скудной информации не было. Но после массового открытия джетов — струй, вырывающихся из окрестностей ЧД и движущихся с околосветовыми скоростями, — к таким расчётам появилось множество вопросов.

Хотя сразу после возникновения джет перпендикулярен диску, это, похоже, происходит недолго. (Здесь и ниже иллюстрации Jonathan C. McKinney et al.)

Моделирование, проведённое на суперкомпьютере XSEDE, позволило выявить несколько неожиданных черт аккреционного диска из материи, падающей в ЧД, и его взаимодействия с последней.

Напомним: традиционно считается, что аккреционные диски расположены в одной плоскости и уплощены. А релятивистские струи предполагались вырывающимися вдоль оси вращения ЧД, перпендикулярно аккреционным дискам.

Ну а новый расчёт показывает, что, хотя изначально струи действительно перпендикулярны аккреционному диску, почти сразу они начинают модифицироваться под влиянием материала такого диска и постепенно, на некотором расстоянии от ЧД, становятся параллельными оси вращения аккреционных дисков, хотя и не совпадают с ней. Более того, такие взаимодействия джетов и диска оставляют в структуре последнего значительные деформации:

Основным параметром, приведшим к изменению поведения струй в новой модели, называется магнитное поле. В прежних расчётах оно полагалось свободно настраиваемым параметром. Предположив, что магнитное поле в окрестностях ЧД сравнимо по интенсивности с её гравитацией, учёные неизбежно пришли к тому, что влияние такого поля на процесс образования струй и их дальнейшую динамику также весьма значительно.

Получилось, что не столько аккреционный диск влияет на форму струй (джетов), сколько джет — на форму диска. Утверждается даже, что струи способны изменить ориентацию аккреционного диска в пространстве.

В ближайшем будущем авторы работы намерены сравнить построенные по их симуляции модели релятивистских струй с реально наблюдаемыми, в частности, на примере галактики M87, в которой диаметр аккреционного диска не так давно впервые удалось измерить наблюдательными средствами.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Science, а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Техасского университета в Остине.