Undersøgelse af plasmaindlæsningsmekanismen for radiojetfly opsendt fra sorte huller

Galakser, inklusive vores Mælkevej, er vært for supermassive sorte huller i deres centre, og deres masser er millioner til milliarder af gange større end solen. Nogle supermassive sorte huller udsender hurtigt bevægende plasmaudstrømninger, som udsender stærke radiosignaler, kendt som radiojetfly.

Radiojetfly blev først opdaget i 1970'erne. Men meget er stadig ukendt om, hvordan de produceres, især deres energikilde og plasmabelastningsmekanisme.

For nylig afslørede Event Horizon Telescope Collaboration radiobilleder af et nærliggende sort hul i midten af ​​den gigantiske elliptiske galakse M87. Observationen understøttede teorien om, at det sorte huls spin driver radiojetfly, men gjorde ikke meget for at tydeliggøre plasmabelastningsmekanismen.

Nu har et forskerhold, ledet af astrofysikere fra Tohoku University, foreslået et lovende scenarie, der tydeliggør plasmabelastningsmekanismen til radiojetfly.

Nylige undersøgelser har hævdet, at sorte huller er stærkt magnetiserede, fordi magnetiseret plasma inde i galakser fører magnetiske felter ind i det sorte hul. Derefter frigiver den tilstødende magnetiske energi forbigående sin energi via magnetisk genforbindelse, hvilket aktiverer plasmaet omkring det sorte hul. Denne magnetiske genforbindelse giver energikilden til soludbrud.

Plasmaer i soludbrud afgiver ultraviolette stråler og røntgenstråler; hvorimod den magnetiske genforbindelse omkring det sorte hul kan forårsage emission af gammastråler, da den frigivne energi pr. plasmapartikel er meget højere end for et soludbrud.

Det nuværende scenarie foreslår, at de udsendte gammastråler interagerer med hinanden og producerer rigelige elektron-positron-par, som indlæses i radiostrålerne.

Dette forklarer den store mængde plasma, der observeres i radiostråler, i overensstemmelse med M87-observationerne. Derudover noterer scenariet sig, at radiosignalstyrker varierer fra sort hul til sort hul. Radiojetfly omkring Sgr A* – det supermassive sorte hul i vores Mælkevej – er for eksempel for svage og uopdagelige af de nuværende radiofaciliteter.

Scenariet forudsiger også kortsigtet røntgenstråling, når plasma indlæses i radiojetfly. Disse røntgensignaler savnes med nuværende røntgendetektorer, men de kan observeres af planlagte røntgendetektorer.

"Under dette scenarie vil fremtidig røntgenastronomi være i stand til at optrevle plasmabelastningsmekanismen til radiojetfly, et mangeårigt mysterium med sorte huller," siger Shigeo Kimura, hovedforfatter af undersøgelsen.

Detaljer om Kimura og hans teams forskning blev offentliggjort i The Astrophysical Journal Letters den 29. september 2022. + Udforsk yderligere

Spinnende sort hul driver jet med magnetisk flux