Учёные раскрыли новый механизм образования релятивистских джетов чёрных дыр

Цепочка плазмоидов создаётся на экваториальной плоскости вдоль токового слоя, где плотность частиц (левая часть) выше. Здесь происходит магнитное пересоединение, ускоряющее частицы до очень высоких энергий (справа). Частицы также достигают релятивистских скоростей вдоль оси вращения и в конечном итоге формируют джет, питаемый механизмом Блэндфорда–Знаека. Серый: линии магнитного поля. Автор: Меринго, Камиллони, Реццолла (2025)

Астрофизики из Университета Гёте во Франкфурте разработали численный код, который с высокой математической точностью описывает, как чёрные дыры преобразуют свою вращательную энергию в ультра-быстрые релятивистские джеты.

Результаты исследования, опубликованные в The Astrophysical Journal Letters, показывают, что помимо механизма Блэндфорда–Знаека, который до сих пор считался ответственным за извлечение вращательной энергии чёрной дыры через сильные магнитные поля, в процессе участвует ещё один механизм - магнитное пересоединение.

Разработанный код FPIC (Frankfurt particle-in-cell code for black hole spacetimes) моделировал эволюцию огромного количества заряженных частиц и экстремальных электромагнитных полей под влиянием сильной гравитации чёрной дыры. Исследования потребовали суперкомпьютерных вычислений, которые заняли миллионы процессорных часов.

Расчёты показали, что в экваториальной плоскости чёрной дыры происходит интенсивная активность магнитного пересоединения, приводящая к образованию цепочки плазмоидов - конденсации плазмы в энергетических «пузырях», движущихся почти со скоростью света. Этот процесс сопровождается генерацией частиц с отрицательной энергией, которая используется для питания экстремальных астрофизических явлений, таких как джеты и извержения плазмы.

«Наши результаты открывают увлекательную возможность того, что механизм Блэндфорда–Знаека - не единственный астрофизический процесс, способный извлекать вращательную энергию из чёрной дыры», - говорит доктор Филиппо Камиллони, работавший над проектом FPIC.

Профессор Лучано Реццолла добавляет: «С нашей работой мы можем продемонстрировать, как энергия эффективно извлекается из вращающихся чёрных дыр и направляется в джеты. Это позволяет нам объяснить экстремальную светимость активных галактических ядер, а также ускорение частиц до почти световой скорости».

Чёрная дыра M87* в центре гигантской галактики M87, содержащая 6,5 миллиардов солнечных масс, является одним из самых известных примеров объектов, производящих такие джеты. Её релятивистский джет простирается на 5000 световых лет.