Mlaz plazme koji izbacuje crna rupa u galaksiji Centaurus A na radiosnimkama je svjetliji uz rubove nego u sredini. Znanstvenici su sada taj neobičan izgled uspjeli reproducirati računalnim modelom koji povezuje gibanje elektrona, magnetsko polje i zračenje koje stiže do naših teleskopa.
Rezultat pokazuje koliko izgled mlaza ovisi o smjeru u kojem čestice zrače. Tamniji središnji dio ne mora značiti da ondje nema plazme: dio zračenja jednostavno nije usmjeren prema nama.
Zašto su rubovi svjetliji?
Centaurus A udaljen je oko 12 milijuna svjetlosnih godina. U njegovu središtu nalazi se supermasivna crna rupa mase približno 60 milijuna Sunaca, a iz njezine neposredne okoline izbijaju dva suprotno usmjerena mlaza. Njihovu unutarnju strukturu razlučio je Event Horizon Telescope (EHT), mreža radioteleskopa koja promatra kao jedan instrument veličine Zemlje.
U radu objavljenom u časopisu Astronomy & Astrophysics Felix Glaser i suradnici modelirali su dotok plina prema crnoj rupi i nastanak mlazova u tri dimenzije. U izračun su uključili učinke opće relativnosti te zasebno izračunali kako bi zračenje iz takve plazme izgledalo udaljenom promatraču.
Ključna pretpostavka odnosi se na elektrone. U jednostavnijim opisima njihovo se gibanje često smatra jednako zastupljenim u svim smjerovima. U ovom modelu elektroni se povlašteno gibaju duž lokalnog magnetskog polja. Zbog toga ni njihovo zračenje nije jednako snažno u svim smjerovima.
Elektroni u magnetskom polju emitiraju sinkrotronsko zračenje. Kad se u račun uključe usmjerenost njihova gibanja i oblik polja, nastaje mlaz sa svijetlim rubovima i tamnijom sredinom, nalik onome na opažanjima EHT-a na valnoj duljini od 1,3 milimetra.
Snimka ne pokazuje samo gdje se nalazi tvar
Pri tumačenju takvih snimaka važno je razlikovati raspored plazme od rasporeda sjaja. Na ono što teleskop bilježi utječu i brzina čestica, kut pod kojim gledamo mlaz te smjer magnetskog polja. Dvije regije s plazmom zato ne moraju izgledati jednako svijetlo.
Autori su model usporedili s opažanjima i tražili kombinaciju parametara koja im najbolje odgovara. Dobiveni prikaz reproducira važne značajke ukupnog i polariziranog zračenja. Polarizacija pritom daje dodatne podatke o magnetskom polju, koje obična karta sjaja ne može potpuno opisati.
Podudaranje s opažanjima podupire predloženo objašnjenje svijetlih rubova. Ponašanje elektrona autori zaključuju iz usporedbe modela s podacima, a preciznija mjerenja trebala bi pokazati koliko dobro taj opis odgovara stvarnoj plazmi.
Što bi trebala pokazati sljedeća opažanja?
Za razliku od prstena oko crne rupe u galaksiji M87, sjena crne rupe u galaksiji Centaurus A premalena je da bi je današnji EHT razlučio. Iako je galaksija mnogo bliža, njezina je crna rupa znatno manje mase.
Autori predviđaju da bi sjena mogla postati dostupna opažanjima na frekvenciji od približno tri teraherca, uz odgovarajuću kutnu razlučivost. Za provjeru samog modela mlaza posebno ističu češća opažanja i mjerenja na frekvencijama višim od 350 gigaherca. Ona bi pomogla razlučiti kako se čestice ubrzavaju i kako gube energiju u okolini crne rupe.
