магнитная сигнатура джета

Семьдесят два протопланетных диска — вращающихся газопылевых кокона, полных космической пыли и газа, — попали под прицел инструмента MIRI на JWST. У большинства в космос вырываются потоки: плотные конические структуры и тонкие скоростные струи. Они бьют, как фонтаны. Этот процесс не случаен.

Космос полон криков, которых мы не слышим. Каждый раз, когда чёрная дыра разрывает звезду, рождается ослепительная вспышка, и часто — узкий релятивистский джет, бьющий на тысячи световых лет. Но если этот прожектор направлен в сторону от Земли, мы видим лишь слабый отсвет — радиоэхо, приходящее с задержкой.

В центре многих галактик прячется сверхмассивная чёрная дыра, выбрасывающая релятивистские струи плазмы на сотни килопарсек. Одна из таких — радиогалактика ESO 137-G007 в скоплении Наугольника, известная как «Галактика-штопор» за свои закрученные джеты.

В 2017 году антарктический нейтринный телескоп IceCube зарегистрировал частицу с энергией около 290 ТэВ, пришедшую из глубин космоса.

Пожарный шланг бьёт в сугроб. Вода не просто расталкивает снег — в месте удара рождаются брызги, пар и грохот. Примерно так же ведут себя джеты — узкие струи вещества, вылетающие из окрестностей чёрной дыры на огромной скорости. Когда такая струя врезается в облако межзвёздного газа, она не протыкает его насквозь, а создаёт ударную волну, сжимает газ и заставляет его светиться.

Переводчик работает в двух мирах сразу: для внешнего наблюдателя он молчалив и незаметен, но внутри его сознания кипит бурная деятельность с чёткими смысловыми линиями. Примерно так устроены альтермагнетики — недавно открытый класс магнитных материалов.

Когда массивная звезда исчерпывает термоядерное топливо, её ядро стремительно сжимается — коллапсирует, порождая чёрную дыру, окружённую аккреционным диском из раскалённой плазмы. Чтобы из этого диска вырвались узкие релятивистские струи — джеты, необходимо крупномасштабное упорядоченное магнитное поле.

В 2017 году детекторы уловили дрожь пространства — гравитационные волны от слияния двух нейтронных звёзд. В тот же миг телескопы увидели вспышку. Так впервые одно событие заговорило сразу на двух языках: света и тяготения. Но чем дольше астрономы следили за угасающим свечением, тем страннее оно себя вело.

Эйнштейн и Розен вообразили мост, соединяющий два листа реальности. Уилер дал ему имя — кротовой норой, а Торн с Моррисом доказали: туннель проходим, если заполнить его экзотической материей.

Вода в чайнике закипает — и по кухне расходятся волны пара. В космосе похожий процесс идёт в плазме — газе, разогретом так сильно, что электроны отрываются от атомов. Вокруг чёрных дыр и нейтронных звёзд эта плазма не просто горячая: частицы в ней носятся почти со скоростью света.

Массивная звезда, в 40 раз тяжелее Солнца, умирает за доли секунды. Её ядро сжимается, как пружина, которую слишком сильно сдавили, а затем резко распрямляется — это и есть взрыв сверхновой. Но что, если звезда ещё и вращается, как фигурист, прижимающий руки к телу, и пронизана магнитным полем, словно невидимыми нитями?

Струя воды из шланга, бьющая в стену, растекается в стороны. Так же ведут себя астрофизические джеты — узкие потоки плазмы, выбрасываемые из окрестностей чёрных дыр или молодых звёзд. Когда такой поток встречает сопротивление окружающего газа, внутри него образуется ударная волна, похожая на стоячую волну в быстрой реке.

Когда два ядра свинца сталкиваются на огромной скорости, на миг рождается облако раскалённой материи — плотнее и горячее, чем в центре Солнца. Сквозь это облако летят струи частиц: узкие, как лазерные лучи, пучки, выбитые ударом. Детектор CMS ловит их следы и показывает, как струи меняются, продираясь сквозь горячий «туман».

Садовый шланг бьёт мощной струёй воды. Если его слегка пережать или дёрнуть, струя начинает извиваться, как змея, и брызги летят в стороны. Похожее происходит с гигантскими струями плазмы, которые выбрасывают чёрные дыры. Эти струи закручены магнитными полями и могут терять устойчивость, начиная колебаться.

Галактика влетает в густое скопление, как бегун в толпу. Встречный поток газа — его называют внутрископленческой средой — срывает с неё собственный газ, вытягивая длинный светящийся хвост. Такие галактики астрономы прозвали медузами: у них есть тело и развевающиеся щупальца из оторванного вещества. Но лишь у немногих в этих щупальцах вспыхивают новые звёзды.

Когда два протона сталкиваются на огромной скорости, из точки удара вылетает узкий пучок частиц — струя, похожая на брызги от брошенного в воду камня. В столкновениях тяжёлых ядер свинца всё сложнее: внутри возникает горячее облако, которое мешает струе лететь прямо. Измерение показало: если струя слабая, её путь почти не меняется.

Молодая звезда, ещё не зажёгшая термоядерную печь, окружена вращающимся диском из газа и пыли. Чтобы набрать массу, ей нужно избавляться от лишнего вращения — иначе вещество не упадёт на звезду, а останется кружиться по орбите. Обычно этот избыток уносится двумя узкими струями газа, которые бьют с полюсов звезды в противоположные стороны, как два фонтана.

Блазар — это далёкая галактика, из центра которой бьёт струя плазмы, направленная почти прямо на нас. Внутри этой струи частицы разгоняются до скоростей, близких к световой, и испускают мощное излучение.

На Солнце то и дело взлетают узкие струи плазмы — корональные джеты. Они похожи на фонтаны раскалённого газа, которые выбрасываются из атмосферы звезды. Один из таких выбросов, случившийся 10 ноября 2022 года, привлёк внимание учёных: он сопровождался вспышкой класса C1.1 и имел необычно широкий конус.

Магнетар — это нейтронная звезда, обладающая магнитным полем, которое в квадриллион раз интенсивнее земного. Время от времени такой объект исторгает сгусток плазмы, напоминающий надувной шарик; внутри него, словно тысячи невидимых пружинок, мечутся силовые линии магнитного поля.