Как астрофизические струи оказались в “ловушке скорости”

Звездная система SS 433, единственный астрономический объект, включенный знаменитым писателем-фантастом Артуром Кларком в его список чудес света в 1997 году, продолжает удивлять ученых. Эта уникальная система, расположенная в нашей галактике, стала объектом недавнего исследования, результаты которого были опубликованы в журнале Science .

SS 433 - это двойная звездная система, состоящая из черной дыры массой в десять раз превышающей массу Солнца и звезды, схожей по массе, но занимающей гораздо больший объем. Объекты вращаются друг вокруг друга с периодом в 13 дней. Черная дыра притягивает материю звезды, формируя горячий газовый диск, который питает черную дыру. При падении материи в черную дыру образуются две сфокусированные струи заряженных частиц, вылетающих из диска со скоростью, равной четверти скорости света.

Эти струи обнаруживаются в радио- и рентгеновском диапазонах на расстоянии менее одного светового года от центральной звездной пары. Однако на расстоянии около 75 световых лет от точки запуска струи внезапно вновь становятся видимыми в рентгеновском диапазоне, что долгое время оставалось загадкой для астрономов.

Объекты, подобные SS 433, классифицируются как микроквазары, и до недавнего времени излучение гамма-лучей от микроквазаров не обнаруживалось. Однако в 2018 году Обсерватория Черенковского на большой высоте (HAWC) впервые зафиксировала гамма-лучи очень высокой энергии от струй SS 433. Это указывает на то, что где-то в струях частицы ускоряются до экстремальных энергий.

Новое исследование, проведенное обсерваторией H.E.S.S., позволило ученым впервые точно определить место возникновения гамма-излучения в струях. Удивительно, но гамма-лучи высокой энергии обнаруживаются только в тех местах, где струи внезапно становятся снова видимыми, в то время как области, излучающие гамма-лучи низкой энергии, находятся дальше вдоль каждой струи.

Это первое наблюдение зависимости морфологии гамма-излучения от энергии в астрофизической струе. Лаура Оливера-Ньето из института ядерной физики Макса Планка, руководившая исследованием H.E.S.S., подчеркивает важность этих открытий для понимания ускорения частиц в космических струях.

Исследователи также использовали симуляцию для оценки скорости внешних струй. Различие в скоростях между местом запуска струй и областью их внезапного появления указывает на существование сильного ударного воздействия, являющегося, вероятно, естественным объяснением внезапного рентгеновского "возрождения" струй.

В целом, новые данные открывают новые горизонты в понимании процессов ускорения частиц в релятивистских струях и предоставляют уникальную возможность изучить эти процессы в относительной близости от Земли. Ученые надеются, что результаты исследования SS 433 помогут разгадать многие загадки происхождения самых энергичных космических лучей.

H.E.S.S. - это обсерватория, расположенная в горах Хомас в Намибии на высоте 1835 метров, состоящая из пяти телескопов, которая начала свою работу в 2002 году. Она использует атмосферу как гигантский люминесцентный экран для обнаружения гамма-лучей, что делает H.E.S.S. уникальным инструментом для наблюдения за южным небом в гамма-диапазоне высокой энергии.