Струя должна куда-то разряжать свою энергию, и предыдущая работа не согласовала, где. Первичные кандидаты – две области, состоящие из газа и света, которые окружают черные дыры, называемые областью широкой линии и молекулярным тором.
Джет черной дыры может преобразовывать видимый и инфракрасный свет в любой области в высокоэнергетические гамма-лучи, отдавая часть своей энергии.
Новое исследование Харви, финансируемое НАСА, проливает свет на это противоречие, предлагая убедительные доказательства того, что струи в основном выделяют энергию в молекулярном торе, а не в области широкой линии. Исследование было опубликовано в Nature Communications, в соавторстве с физиками UMBC Маркосом Георганопулосом и Эйлин Мейер.
Далеко
Область широкой линии находится ближе к центру черной дыры, на расстоянии около 0.3 световых года. Молекулярный тор находится намного дальше – более 3 световых лет.
Хотя все эти расстояния кажутся огромными неастрономам, новая работа «говорит нам, что мы получаем диссипацию энергии далеко от черной дыры в соответствующих масштабах», – объясняет Харви.
«Последствия чрезвычайно важны для нашего понимания струй, запускаемых черными дырами», – говорит Харви. Какая область в первую очередь поглощает энергию струи, дает ключ к разгадке того, как струи изначально формируются, набирают скорость и становятся столбчатыми. Например, «это указывает на то, что струя недостаточно ускоряется в меньших масштабах, чтобы начать рассеивать энергию», – говорит Харви.
Другие исследователи выдвинули противоречивые представления о структуре и поведении струй. Однако из-за надежных методов, которые Харви использовал в своей новой работе, они ожидают, что результаты будут широко приняты в научном сообществе. "Результаты в основном помогают ограничить эти возможности – эти разные модели – образования струи."
На прочной основе
Чтобы прийти к своим выводам, Харви применил стандартный статистический метод, называемый «бутстреппинг», к данным 62 наблюдений за джетами черных дыр. "Многое из того, что было до этой статьи, сильно зависело от модели. В других документах было сделано много очень конкретных предположений, в то время как наш метод является чрезвычайно общим », – объясняет Харви. "Нет ничего, что могло бы подорвать анализ. Это хорошо понятные методы и просто использование данных наблюдений. Значит, результат должен быть правильным."
Величина, называемая исходным фактором, была центральной в анализе. Коэффициент затравки указывает, откуда берутся световые волны, которые струя преобразует в гамма-лучи.
Если преобразование происходит на молекулярном торе, ожидается один затравочный фактор. Если это произойдет в области широкой линии, коэффициент затравки будет другим.
Георганополус, доцент физики и один из советников Харви, первоначально разработал концепцию семенного фактора, но «применение идеи семенного фактора пришлось ждать кого-то с большой настойчивостью, и этим кем-то был Адам Ли», – говорит Георганополус.
Харви рассчитал исходные факторы для всех 62 наблюдений. Они обнаружили, что затравочные факторы попадают в нормальное распределение, почти идеально совпадающее с ожидаемым значением для молекулярного тора.
Этот результат убедительно свидетельствует о том, что энергия от струи разряжается в световые волны в молекулярном торе, а не в области широких линий.
Касательные и поиски
Харви делится, что поддержка их наставников, Георганопулоса и Мейера, доцента физики, сыграла важную роль в успехе проекта. «Я думаю, что без того, чтобы они позволили мне уйти от множества прикосновений и поисков того, как что-то делать, это никогда бы не добралось до того уровня, на котором оно находится», – говорит Харви. "Поскольку они позволили мне по-настоящему разобраться в этом, я смог извлечь гораздо больше из этого проекта."
Харви называет себя «астрономом-наблюдателем», но добавляет: «Я на самом деле больше специалист по данным и статистик, чем физик."И статистика была самой захватывающей частью этой работы, – говорят они.
"Я просто думаю, что это действительно круто, что я смог придумать методы для создания такого серьезного исследования такой странной системы, которая так далека от моей личной реальности."Харви говорит. "Будет интересно посмотреть, что люди с ним делают."