Раскрыт единый механизм формирования космических джетов: как магнитные спирали удерживают форму космических струй?

На просторах Вселенной, от гигантских галактик до скромных новорожденных звезд, наблюдаются удивительные феномены — так называемые струи или джеты. Это колоссальные потоки материи и энергии, пронзающие пространство, словно космические прожекторы. Но что заставляет эти мощные выбросы сохранять свою форму, не распадаясь на частицы в бескрайнем вакууме? Долгое время ответ оставался загадкой, но, похоже, у нас появился веский кандидат на решение этой головоломки: спиральные магнитные поля.

В чем тайна узконаправленных космических струй?

Представьте себе поток воды, вырывающийся из шланга. Если направить его прямо, он, скорее всего, быстро рассеется. Но если придать ему вращение, поток станет более плотным, более направленным. Что-то подобное, по-видимому, происходит и со струями в космосе.

Изучение этих космических выбросов — задача не из легких. Они охватывают огромный диапазон размеров и энергий, что затрудняет поиск универсального механизма их формирования. Самые мощные струи исходят из сверхмассивных черных дыр, расположенных в центрах галактик. Но подобные струи наблюдаются и у гораздо менее массивных объектов, например, у молодых звезд, которые только начинают формироваться из облаков газа и пыли. И вот тут возникает вопрос: существует ли единый принцип, который определяет, как эти струи формируются и поддерживают свою узконаправленную форму, независимо от масштаба?

Новый прорыв в изучении «младенческих» струй

Недавнее исследование, результаты которого опубликованы в журнале The Astrophysical Journal Letters, открывает новую главу в нашем понимании этого вопроса. Международная группа астрономов, работая с радиотелескопом NSF VLA, изучила протозвездную струю HH 80-81. Это струя, испускаемая молодой звездой, которая еще только формируется, подобно космическому эмбриону. Причем, изучать эту струю удалось с беспрецедентной детализацией. И что же они обнаружили? Оказалось, что внутри этой струи присутствует спиральное магнитное поле, что в точности соответствует картине, наблюдаемой в струях, испускаемых сверхмассивными черными дырами.

Это открытие переворачивает наше представление о формировании струй. Если раньше предполагалось, что механизмы коллимации струй у разных объектов могут различаться, то теперь есть основания полагать, что в основе всех этих процессов лежит один и тот же фундаментальный принцип — спиральные магнитные поля. Позвольте объяснить.

Спиральное поле: космический «ограничитель»

Магнитные поля — невидимые силы, пронизывающие Вселенную. В протозвездной струе HH 80-81 эти поля образуют сложную спиральную структуру, похожую на пружину, вытянутую вдоль струи. Как раз эта спираль и выполняет роль своеобразного ограничителя, сжимая струю, не позволяя ей рассеиваться, и заставляя материю двигаться узким пучком.

Чтобы понять, насколько эта структура реальна, ученые применили сложный метод, называемый «анализом меры вращения», или RM-анализ. Представьте, что свет — это не только волна, но и колебание, у которого есть своя плоскость. Когда свет проходит через намагниченную плазму, эта плоскость начинает поворачиваться. Ученые измерили этот эффект, чтобы восстановить истинную ориентацию магнитного поля, которое, как оказалось, и в самом деле образует спираль.

Уникальность «младенческих» струй

Здесь есть еще один важный момент: у протозвездных струй часто наблюдаются не только «прямая» струя, но и «противоструя», двигающаяся в противоположном направлении. Это позволяет ученым изучать магнитное поле с разных сторон, и стало ясно, что спиральная структура не является результатом взаимодействия струи с окружающим веществом. Она является неотъемлемым свойством самой системы, которая создает струю. Такого преимущества нет, когда изучаются струи от сверхмассивных черных дыр.

Единая теория для космических «прожекторов»?

Итак, получается, что спиральные магнитные поля играют универсальную роль в коллимации струй, независимо от их масштаба или происхождения. Эта теория объединяет процессы, которые ранее считались отдельными.

Не нужно быть экспертом, чтобы оценить важность этого открытия. Оно помогает нам разгадать одну из фундаментальных загадок астрофизики и лучше понять динамику Вселенной, в которой мы живем. Возможно, вскоре у нас появятся еще более убедительные доказательства и новые захватывающие открытия, но пока можно сказать, что мы сделали большой шаг к пониманию механизма формирования космических струй.