Звёзды могут тормозить релятивистские джеты чёрных дыр, затягивая в них межзвёздный газ
Звёзды, проходящие через границы релятивистских джетов, могут помогать затягивать в них окружающий межзвёздный газ и тем самым постепенно замедлять мощные потоки вещества. К такому выводу пришла международная группа астрофизиков, проведя численное моделирование взаимодействия звёзд с джетами активных галактик. Предложенный механизм может объяснить, почему относительно маломощные релятивистские джеты теряют значительную часть своей энергии ещё внутри родительских галактик.
Релятивистские джеты представляют собой узкие потоки плазмы, которые выбрасываются из областей вокруг активно поглощающих вещество сверхмассивных чёрных дыр. Они могут распространяться на огромные расстояния со скоростями, близкими к скорости света. Однако поведение разных типов джетов существенно различается. В частности, джеты радиогалактик типа Fanaroff–Riley I сравнительно быстро замедляются и рассеивают значительную часть своей энергии внутри галактики. Как именно происходит это торможение, до сих пор остаётся открытым вопросом.
Бруно Лонго, Манель Перучо, Хосе Мария Марти, Валенти Бош-Рамон и Йонас Хохе проверили гипотезу о том, что важную роль в этом процессе могут играть обычные звёзды. Исследователи использовали релятивистское гидродинамическое моделирование, чтобы проследить, что происходит, когда звёзды входят в релятивистский поток через его границу.
В моделировании исследователи намеренно ограничились всего тремя звёздами, чтобы подробно изучить механизм в контролируемых условиях. При этом, по оценке авторов, такое количество взаимодействующих с джетом звёзд может быть реалистичным для внутренних областей массивной галактики на масштабах до нескольких килопарсек.
Расчёты показали, что проходящая через границу джета звезда создаёт позади себя область пониженного давления. Из-за возникающей разницы давлений окружающий межзвёздный газ начинает втягиваться внутрь релятивистского потока. Таким образом, звезда действует не просто как источник собственного вещества, попадающего в джет, а как своеобразный катализатор, позволяющий захватывать значительно больше газа из окружающей среды.
Этот результат важен для понимания так называемой массовой загрузки джетов. Когда в быстрый и относительно лёгкий релятивистский поток поступает дополнительное вещество, джету приходится ускорять его. В результате часть энергии и импульса исходного потока передаётся захваченному газу, усиливается перемешивание вещества и джет постепенно замедляется.
Моделирование показало, что эффект может быть достаточно сильным даже при небольшом числе звёзд. На масштабах десятков парсек и за периоды порядка тысяч лет количество межзвёздного газа, втянутого в джет благодаря взаимодействию с эволюционировавшими звёздами, оказалось сопоставимо с первоначальным темпом переноса массы самим джетом.
Таким образом, звёзды способны влиять на джет гораздо сильнее, чем можно было бы ожидать только по количеству вещества, которое они непосредственно теряют. Ключевым становится именно вызванное ими возмущение границы потока, благодаря которому джет начинает захватывать окружающий межзвёздный газ.
Механизм может оказаться особенно важным для радиогалактик типа Fanaroff–Riley I. Их джеты остаются релятивистскими вблизи центральной чёрной дыры, но затем постепенно замедляются по мере распространения через галактику. Новые результаты показывают, что взаимодействующие с границей джета звёзды могут вносить существенный вклад в этот процесс, повышая массовую загрузку, усиливая перемешивание и способствуя рассеянию энергии.
При этом исследование пока представляет собой ограниченный численный эксперимент, а не полную модель галактического джета. Авторы рассмотрели взаимодействие только трёх звёзд с потоком. Следующим шагом должны стать более масштабные расчёты, учитывающие большое количество звёзд и более реалистичную структуру межзвёздной среды. Они позволят определить, насколько значительным оказывается этот механизм на протяжении всей эволюции релятивистского джета.
Работа в виде препринта на arXiv.