Что изучают исследователи
Активное ядро галактики находится в ее центральной области. Там сверхмассивная черная дыра поглощает окружающее вещество, однако часть этого вещества выбрасывается наружу в виде двух узких струй — джетов. Плазма в них движется почти со скоростью света.
Чтобы разобраться, как запускаются и развиваются такие струи, необходимо определить характеристики магнитного поля и плазмы, а также сравнить их энергетический вклад. Наблюдать джеты можно по синхротронному радиоизлучению: его создают быстрые электроны, движущиеся в магнитном поле.
Почему прежних оценок было недостаточно
Радиоизлучение формируют не все частицы плазмы, а только наиболее быстрые. Из-за этого изменение магнитного поля и плотности вещества вдоль струи часто приходилось восстанавливать с помощью теоретических предположений.
Одним из таких предположений было равнораспределение — условие, при котором энергии магнитного поля и плазмы считают равными. Новый подход не использует эту связь заранее. Поэтому равнораспределение становится проверяемым результатом, а не исходным условием расчета.
Как работает новый метод
Исследователи применили радиоинтерферометрию со сверхдлинной базой. Сигналы телескопов, расположенных в разных точках Земли, объединяются так, чтобы система работала как радиоинструмент планетарного масштаба.
У ядра струи анализируют видимый угловой размер и яркостную температуру на частотах от 2 до 230 ГГц. Высокочастотные наблюдения позволяют исследовать области, расположенные ближе к черной дыре.
В расчетах учтено изменение доплер-фактора вдоль джета. Он характеризует влияние движения плазмы, разогнанной почти до скорости света, на видимое излучение. Согласно модели, плазма продолжает ускоряться, а ее поведение описывается одним параметром со значением от 0 до 1.
Затем характеристики магнитного поля и плазмы связывают с двумя наблюдаемыми зависимостями: изменением размера ядра при повышении частоты и изменением его яркостной температуры. Дополнительную информацию дает положение ядра на разных частотах.
Что показала проверка
Метод проверили на новых данных коллаборации «Телескоп горизонта событий». Расчеты показали, что магнитное поле ослабевает по мере расширения струи быстрее, чем ожидалось бы при сохранении магнитного потока.
Авторы рассматривают два возможных объяснения: магнитный поток может рассеиваться из-за неустойчивостей и пересоединения силовых линий либо наиболее яркая область джета может перемещаться в зоны с более слабым полем.
Плотность излучающей плазмы, напротив, уменьшается медленнее. По мнению ученых, это может свидетельствовать о постоянном пополнении числа светящихся частиц: холодная плазма вдоль струи разогревается и ускоряется до ультрарелятивистских энергий.
Что это означает для абитуриентов
Новость относится к астрофизике, радиоинтерферометрии и исследованию релятивистских объектов Вселенной. Для абитуриента это пример того, как данные наблюдений превращаются в измеряемые параметры сложного космического процесса без заранее заданной связи между ними.
При выборе направления обучения стоит проверить, есть ли в интересующей образовательной программе курсы по астрофизике, радиоастрономии, физике плазмы, обработке данных и интерферометрии. В исходном материале конкретные программы и правила приема не указаны.
Что исследователи планируют дальше
Следующим этапом ученые называют измерения для отдельных источников, а не для смешанной выборки. Это должно уменьшить искажения, возникающие при усреднении характеристик разных объектов.
Частые вопросы
Какой метод разработали ученые?
Способ раздельно определять напряженность магнитного поля и плотность плазмы в релятивистских струях активных ядер галактик по радионаблюдениям.
Какие данные используют для расчетов?
Угловой размер и яркостную температуру ядра струи, измеренные на частотах от 2 до 230 ГГц, а также его положение на разных частотах.
Нужно ли заранее предполагать равенство энергий поля и плазмы?
Нет. Новый метод позволяет проверить, выполняется ли такое равнораспределение для конкретных объектов.
На каких данных проверили метод?
На свежих данных коллаборации «Телескоп горизонта событий».
