Велосипедное динамо в космосе: как рождаются джеты коллапсаров экспресс
В работе впервые выполнены трехмерные общерелятивистские магнитогидродинамические симуляции коллапсаров с начальным тороидальным магнитным полем, взятым из моделей предколлапсных звезд. По достижении динамической значимости тороидальное поле запускает динамо, которое генерирует когерентные полоидальные магнитные петли на расстояниях порядка 100 гравитационных радиусов. Петли затем переносятся внутрь диска, иногда отклоняясь от экваториальной плоскости, пронизывают черную дыру и порождают сильно переменные, прецессирующие релятивистские джеты с временной шкалой порядка секунд. Начало джета зависит от исходного поля и радиуса циркуляризации плазмы. При высокой переменности и отклонении от оси вращения черной дыры джеты устойчиво обеспечивают мощность более 10^50 эрг/с, сопоставимую с длинными гамма-всплесками. Обнаружены стохастические инверсии магнитного потока, ведущие к формированию «полосатых» джетов, которые могут отражаться в кривых блеска. Результаты демонстрируют, что динамо в аккреционных дисках — универсальный механизм запуска джетов в коллапсарах с широким диапазоном свойств прародителей.
Массивная звезда коллапсирует, и рождается чёрная дыра, окружённая диском раскалённой плазмы. Чтобы из этого диска вырвались узкие струи — джеты, нужно упорядоченное магнитное поле. Но внутри звезды оно спутано. Расчёты на суперкомпьютере показали: диск работает как велосипедная динамо-втулка — вращение само наводит порядок в магнитном поле.
Вначале поле закручивается в кольца, а затем, словно самовозбуждающееся динамо, рождает гигантские магнитные петли. Они затягиваются к дыре и выстреливают колеблющиеся джеты почти со скоростью света. Этому механизму не нужно унаследованное поле от прото-нейтронной звезды — он универсален для разных коллапсаров, одного из видов сверхновых.
Неожиданный итог: джеты получились полосатыми — магнитное поле в них периодически переворачивается. Эти полосы отпечатаются в графике яркости гамма-всплеска, став «автографом» динамо. Так неприметный эффект оказался простым рецептом мощнейших взрывов во Вселенной. Ещё Кип Торн размышлял, как чёрные дыры запускают джеты, а Фриц Цвикки первым предположил, что нейтронные звёзды рождаются во взрывах сверхновых — теперь новая работа связывает эти явления воедино.
🎯 Магнитное поле Земли тоже создаётся динамо-эффектом в жидком ядре — но там оно работает миллиарды лет, а в коллапсаре весь процесс укладывается в секунды.
🎬 Если фантасты рисуют звездолёты с чудо-двигателями, то природа уже построила свои ускорители — джеты коллапсаров, выбрасывающие вещество почти со скоростью света.