Откуда появляются струи плазмы в космосе?

Мощные плазменные выбросы, известные как джеты, представляют собой потоки материи, достигающие в длину тысяч, а порой даже и миллионов световых лет. Вещество в этих струях разгоняется до скоростей, близких к скорости света, что делает их одними из самых экстремальных явлений во Вселенной. Только представьте себе, что через Вселенную проходит нить из плазмы, длину которой невозможно сравнивать ни с чем, что мы привыкли видеть на Земле. Это будоражит воображение и подразумевает самый главный вопрос. Откуда может появиться такая странная система?

Чаще всего джеты связывают со сверхмассивными черными дырами, расположенными в центрах активных галактик, однако они не являются исключительным атрибутом этих объектов. Джеты, которые так же именуют релятивистские струи, могут возникать в системах с черными дырами звездной массы, именуемых микроквазарами. В таких системах черная дыра звездной массы захватывает вещество от своего компаньона — звезды, что приводит к образованию струй, хотя и в меньших масштабах по сравнению с галактическими джетами.

Наиболее протяженные и энергичные релятивистские струи формируются в активных ядрах галактик, где гравитационное воздействие сверхмассивных черных дыр в сочетании с мощными магнитными полями ускоряют частицы до околосветовых скоростей.

Несмотря на впечатляющую физику столь странного явления и феноменальные размеры, механизм учёные вполне себе объяснили. Выделяется два варианта описания формирования джетов и логику разделяют по источнику этих струй.

Первый подход связан с чёрными дырами. Материал из окрестностей галактики или звезды-компаньона падает под влиянием гравитации в черную дыру, формируя вокруг нее аккреционный диск. Внутри диска вещество движется по спирали, постепенно ускоряясь, сжимаясь и нагреваясь. Гравитационная сила черной дыры преобразует гравитационную энергию этого падающего вещества в тепловую и кинетическую, что приводит к формированию сверхвысоких температур и энергетически мощных процессов.

Вращение аккреционного диска также порождает мощные магнитные поля. Эти поля, подобно закрученным нитям, способны концентрироваться и образовывать структуры, направляющие вещество вдоль оси вращения черной дыры к ее полюсам. Магнитные поля создают некое подобие «магнитной воронки», посредством которой частицы выстреливаются от черной дыры на огромных скоростях.

Благодаря воздействию мощных электромагнитных сил, частицы приобретают релятивистские скорости, формируя сфокусированные плазменные потоки, которые выбрасываются перпендикулярно плоскости аккреционного диска вдоль оси вращения черной дыры. Эти струи, как правило, имеют биполярную структуру, то есть испускаются в двух противоположных направлениях, и могут простираться на тысячи и даже миллионы световых лет, достигая межзвездного и межгалактического пространства. Логика столь значимой протяженности тоже ясна. Ничто не мешает им развиваться в пустоте.

Релятивистские струи, наблюдаемые у нейтронных звезд, возникают немного по иному механизму. Нейтронные звезды, испускающие релятивистские струи, известны как пульсары. Это небольшие, около 20 километров в диаметре, объекты с массой примерно в две солнечные, вращающиеся с огромными скоростями. Сочетание скоростного вращения и мощных магнитных полей создает мощные электромагнитные силы, которые управляют и ускоряют заряженные частицы (в основном электроны и ионы) по линиям магнитного поля к полюсам нейтронной звезды. Эти частицы и выбрасываются в пространство в виде узких пучков или джетов. Когда вращение звезды направляет эти лучи в сторону Земли, она обнаруживается как радиопульсар.