Zašto su džetovi iz crnih rupa i neutronskih zvezda usmereni kao laserski snop?

Džetovi u astrofizici su snažni, brzi mlazovi jonizovane materije koji izlaze iz neposredne blizine centralnog objekta i ostaju fokusirani u uskom snopu na velikim razdaljinama. Primećeni su oko supermasivnih crnih rupa (npr. M87), zvezdanih crnih rupa (npr. GRS 1915+105), neutronskih zvezda u ostacima supernova (npr. Rак/M1), akrecionih binarnih sistema (Circinus X-1), kao i oko mladih zvezda tipa Herbig–Haro 30.

Zašto su svi ovi džetovi toliko usmereni?

Iako se izvori značajno razlikuju po masi, veličini i energiji, gotovo uvek postoje dve ključne karakteristike: rotacija i magnetna polja. Centralni objekat i okolni akrecioni disk rotiraju i obično su okruženi vrelim, jonizovanim gasom (plazmom) koji dobro provodi električnu struju. U takvoj sredini magnetna polja igraju dominantnu ulogu u prenošenju i preusmeravanju energije.

Sastojci koji grade džet

Rotacija — Rotirajući crni disk ili rotirajuća zvezda deluje kao izvor energije. Kod crnih rupa, rotacija prostora i energije iz akrecije može napajati džet.

Jonizovana materija (plazma) — Budući da su okolni gasovi jonizovani, oni su provodljivi i vezuju se za magnetne silnice. Plazma i magnetna polja se ponašaju po pravilima magnetohidrodinamike (MHD).

Kako magnetna polja fokusiraju izliv?

Magnetna polja koja su „uvezana” sa akrecionim diskom i/ili rotirajućom crnom rupom mogu:

• prenositi ugaoni moment i energiju duž polja (omogućavajući ubrzanje čestica),
• stvarati napetost i pritiske koji guraju materiju prema rotacijskoj osi (tzv. magnetic hoop stress ili pinč efekat),
• održavati koherentnu strukturu mlaza na velikim udaljenostima i time sprečavati njegovo širenje.

Pored magnetnih efekata, relativističke brzine (kod najbržih džetova) i interakcija sa okolinom (pritisak okолнog medijuma, šokovi) dodatno utiču na oblik i stabilnost snopa.

Više mehanizama, ista osnova

U literaturi postoje konkretni modeli koji opisuju kako se energija pretvara u džetove — na primer Blandford–Znajek (izvlačenje energije rotirajuće crne rupe preko magnetnog polja) i Blandford–Payne (ubrzanje materije sa akrecionog diska duž magnetnih silnica). Različiti sistemi dominiraju različitim mehanizmima, ali svuda su neophodna rotacija i magnetna polja.

Zaključak: Rotacija plus jonizovana, magnetizovana sredina obezbeđuju energiju i mehanizme kolimacije, pa zato astrofizički džetovi često izgledaju „laserski” usmereno — iako detalji variraju od slučaja do slučaja.

Autor odgovora: Charles F. Gammie, Ikenberry Chair in Astronomy and in Physics, University of Illinois Urbana–Champaign.