Sciencemag.cz
Doporučujeme
Odpověď je zdánlivě jednoduchá, za vysokoenergetické záření v okolí černých děr a neutronových hvězd jsou odpovědné především elektrony pohybující se někdy až téměř rychlostí světla. Jenže až dosud si vědci nebyli úplně jistí tím, jaký přesně mechanismus elektrony tak urychluje.
Luca Comisso a Lorenzo Sironi z Columbia University a jejich kolegové z University of Colorado Boulder nyní ve studii publikované v Astrophysical Journal přicházejí s novou teorií, podle které za všechno mohou extrémně silná magnetická pole (poznámka: což se snad předpokládalo i dosud). Ta se různě chaoticky mění a opět vytvářejí nejstabilnější podobu (turbulence a „obnovení“, kdy se siločáry magnetického pole nejprve trhají a poté znovu spojují). Tyto procesy indukují obří elektrická pole a ta zase způsobují urychlování nabitých částic na rychlosti, o nichž se i nejsilnějším pozemským urychlovačům částic může zatím jen zdát.
K příslušným výsledkům se dospělo díky rozsáhlým superpočítačovým simulacím umožňujících počítat trajektorie stovek miliard nabitých částic metodou „částice v buňce“ (particle-in-cell). Řešení turbulentního proudění patří obecně k velmi obtížným matematickým problémům – do této kategorie spadá i jeden ze sedmi matematických problémů tisíciletí Clayova matematického ústavu, za jejichž řešení se nabízí milion dolarů, tzv. Navieory-Stokesovy rovnice.
Klíčová část procesu podle nové teorie nastává ve fázi opětovného spojení siločar magnetického pole. Z energie turbulencí získává energii elektrony. Magnetické pole je současně nutí pohybovat se po zakřivených drahách a extrémně rychlé elektrony přitom část své energie zase ztrácejí. A právě to je záření, které pozorujeme v oblastech s černými dírami a neutronovými hvězdami. Na známém snímku Krabí mlhoviny (viz výše) odpovídá ultrarychlým elektronům vířícím kolem magnetických siločar u neutronové hvězdy modré světlo (obrázek je ovšem v nepravých barvách).
Tomu, co se skutečně děje v okolí černých děr a neutronových hvězd, samozřejmě zatím pořádně nerozumíme, ale k porozumění těmto procesům jsme se prý zase o kousek přiblížili. Autoři studie chtějí svou teorii studovat na spektru vyzařovaném právě Krabí mlhovinou (centrální neutronová hvězda vznikla ze supernovy, které vybuchla, respektive byla zaznamenána na Zemi v roce 1054). Z příslušné studie vyplývají na spektra produkovaného záření omezující podmínky, které jiné teorie prý nedávají.
Luca Comisso et al, The Interplay of Magnetically Dominated Turbulence and Magnetic Reconnection in Producing Nonthermal Particles, The Astrophysical Journal (2019). DOI: 10.3847/1538-4357/ab4c33
Zdroj: Columbia University/Phys.org
Poznámka PH: Wikipedia uvádí, že neutronová hvězda – pulsar v centru Krabí mlhoviny je nejsilnějším známým urychlovačem elektronů v Mléčné dráze. Silnějším než černé díry včetně superhmotné černé díry v jádru galaxie? Síla urychlovače v tomto případě závisí hlavně na rychlosti rotace objektu?
