Kaip atradome keistą purkštukų fiziką iš didžiulių juodųjų skylių

Kas gali išgelbėti kanalą nuo išnykimo | Grąžiname žiūrovus - Atradau LT (Birželis 2019).

Anonim

Daugumos galaktikų širdyje esančios didžiulės juodosios skylės dažnai vadinamos "žvėrimis" ar "monstrais". Tačiau nepaisant to, jie yra gana daug nematomi. Norint parodyti, kad jie yra apskritai, astronomai paprastai turi matuoti dujų debesis, sklindančius tuose regionuose.

Tačiau šie objektai kartais gali parodyti, kad jų buvimas jaučiamas sukuriant galingus purkštukus, kuriuose tiekiama daug energijos, kad jie galėtų nusverti visą šviesą, kurią skleidžia šeimininko galaktikos žvaigždės. Mes žinome, kad šie "reliatyvizmo purkštukai" yra du plazmos srautai (medžiaga, sudaryta iš elektriniais dalelėmis, nepaisant to, kad jame nėra viso įkrovimo), keliaujantiems priešinga kryptimi, greičiui labai arti šviesos greičio.

Tačiau fizika, valdanti šiuos kosminius fontanus, jau seniai yra šiek tiek paslapties. Dabar mūsų naujame straipsnyje, paskelbtame " Gamtos astronomijoje", išsamiai apžvelgiamos jų neįprastos išvaizdos priežastys.

Tai, kas daro išskirtinius reliatyvistinius purkštukus, yra jų įspūdingas stabilumas: jie atsiranda iš tokio pat didelio regiono, kaip didžioji juodoji skylė, įvykio horizontas (negrįžtamasis taškas) ir yra pakankamai plati, kad išeitų iš savo galaktikos, išlaikydami savo formą ilgas laikas. Tai atitinka milijardą kartų viršijantį jų pradinį spindulį - norint tai padaryti perspektyviai, įsivaizduokite, kad vandens fontanas išplaukia iš 1 cm pločio žarnos vamzdžio ir liko nepakitęs 10 000 km.

Tačiau, kai purkštukai skverbiasi dideliais atstumais nuo jų kilmės, jie praranda nuoseklumą ir plėtoja išplėstines struktūras, kurios dažnai būna panašios į smiu ir lobius. Tai rodo, kad purkštukai susiduria su tam tikru nestabilumu, pakankamai stiprūs, kad visiškai pakeistų savo išvaizdą.

Jet dichotomija

Pirmasis astrofizinis purkštuvas 1918 m. Buvo atrastas Amerikos astronomo Heberio Curtiso, kuris pastebėjo "įdomų tiesinį spindulį

.

akivaizdžiai susijęs su branduoliu plonu materijos linija "milžiniškoje elipsės galaktikoje M87.

1970-aisiais abu Kembridžo universiteto, Bernie Fanaroffo ir Julia Riley astronomai studijavo didelį orlaivių ansamblį. Jie nustatė, kad jie gali būti suskirstyti į dvi klases: tuos, kurių sudėtyje yra purkštukų, kurių ryškumas mažėja atstumu nuo jų kilmės, ir tie, kurie tampa ryškesni jų kraštuose. Apskritai pastarasis tipas yra apie 100 kartų daugiau šviesos nei pirmoji. Galų gale jie abu turi šiek tiek kitokią formą - pirmasis yra panašus į nuleidžiamą plūmą, o antrasis primena ploną turbulenciją. Būtent dėl ​​to, kad yra du skirtingi purkštukų tipai, vis dar yra aktyvių mokslinių tyrimų sritis.

Kadangi juodoji skylė padidina jet medžiagos kiekį, ji pasiekia greitį iki 99, 9% šviesos greičio. Kai objektas juda taip greitai, laikas praplečiamas - kitaip tariant, laiko srautas sraute, matuojamas išorinio stebėtojo, lėtėja, kaip prognozuoja Einšteino specialusis reliatyvumas. Dėl to skirtingų reaktoriaus dalių dalis ilgiau trunka ilgiau bendrauti tarpusavyje - kaip sąveikaujant ar įtakojantį vienas kitą - keliaujant nuo jų šaltinio. Tai veiksmingai apsaugo srovę nuo sutrikdymo.

Tačiau šis komunikacijos praradimas nėra amžinai. Kai purkštukas išmetamas iš juodosios skylės, jis išsišakojasi į šoną. Ši išplėstinė spyruoklė išleidžia slėgį viduje, o jėgos aplink jėgą slėgis nesumažėja. Galų gale išorinis dujų slėgis viršija srauto viduje esantį slėgį ir dėl jo išspaudžia srauto sutrikimą. Šiuo metu reaktyvinių variklių dalys yra tokios arti, kad vėl galėtų bendrauti. Jei kai kurios purkštukų dalys tuo metu tampa nestabilios, dabar jos gali keistis šia informacija, o nestabilumas gali plisti, kad paveiktų visą spindulį.

Srauto išsiplėtimo ir susitraukimo procesas turi dar vieną svarbią pasekmę: srautas jau ne tiesių linijų, o išlenktų takų. Lūšniniai srautai gali nukentėti nuo "išcentrinio nestabilumo", kuris reiškia, kad jie pradeda kurti sūkurines struktūras, vadinamas sūkuriais. Dar neseniai tai nebuvo laikoma kritiška astrofizikiniams purkštukams.

Iš tikrųjų mūsų išsamūs kompiuteriniai modeliavimo rezultatai rodo, kad reliatyvistinės reaktyvinės srovės tampa nestabilios dėl centrifuginio nestabilumo, kuris iš pradžių tik įtakoja jų sąsają su galaktikos dujomis. Kai jie užsidarė dėl išorinio slėgio, tačiau šis nestabilumas plinta visame purkštuve. Nestabilumas yra toks katastrofiškas, kad reaktyvinis variklis neperžengia šio taško ir suteikia vietos neramumai.

Pateikus šį rezultatą perspektyvoje, mes geriau suprasime įspūdingą astrofizinių purkštukų stabilumą. Tai taip pat gali padėti paaiškinti paslaptingas dvi Fanaroff ir Riley atrastas reaktyvinių variklių klases - viskas priklauso nuo to, kiek toli nuo galaktikos jet pasidaro nestabili. Mes sukūrėme kompiuterinį modeliavimą apie tai, kokie būtų šie purkštukai, remiantis mūsų naujais kosminių spindulių fizikos samprata, ir jie labai panašūs į abu pamokus, kuriuos matome astronominių stebėjimų metu.

Yra daug daugiau sužinoti apie milžiniškus, laukinius žvėris, gyvenančius galaktikų centre. Tačiau pamažu mes išsklaidome jų paslaptį ir parodome, kad jie iš tiesų yra visiškai teisingi ir nuspėjami.

menu
menu