Анизотропный ветер в самом известном микроквазаре в Галактике

Также оставался открытым вопрос о том, как образовалась радиотуманность W50, которая окружает SS433. Ее форма, напоминающая упитанного «водного животного», сделала популярным другое название — «Туманность ламантина».

Формированию тесной двойной системы «массивная звезда + черная дыра» предшествует взрыв сверхновой звезды, после которого и возникает черная дыра. Обычно считается, что именно разлетающаяся оболочка сверхновой создала квазисферическую часть туманности («туловище ламантина»). Что касается вытянутых частей W50 («головы» и «хвоста»), то общепринятой модели нет. Часто предполагается, что определенную роль играют те самые узкие прецессирующие субрелятивистские струи вещества, но бесспорных следов их торможения и интенсивного взаимодействия с окружающей средой до сих пор не обнаружено.

Совсем другое объяснение предложено в недавней работе астрофизиков ИКИ и ФТИ им. Иоффе. При гигантском темпе аккреции на черную дыру большая часть вещества должна быть выброшена давлением излучения, формируя мощный ветер со скоростью в тысячи и десятки тысяч километров в секунду.

Чтобы не было путаницы, поясним, что «знаменитые» и хорошо видимые джеты — очень узкие струи. А звездный ветер сформирован гораздо более широкими потоками, которые переносят сравнимую или большую энергию, чем узкие струи, и это ключевой момент в новой модели.

В работе сделано предположение, что этот ветер анизотропен, то есть не одинаков в разных направлениях, и вся туманность W50 создана именно таким профилированным ветром, а узкие субрелятивистские струи не оказывают большого влияют на формирование туманности.

Плотность потока кинетической энергии в новой модели ветре выше в направлении, перпендикулярном плоскости аккреционного диска, и почти одинакова в других направлениях. Это объясняет форму туманности — в направлениях, где мощность ветра выше, туманность имеет более вытянутую форму.

Это предположение позволяет объяснить и загадочные структуры внутри туманности, наблюдаемые на высоких энергиях, начиная от кило- и заканчивая тераэлектронвольтами. Они, вероятно, возникают в результате взаимодействия потоков/струй в самом анизотропном ветре. Более того, магнитогидродинамическая структура анизотропного ветра указывает на возможность эффективного ускорения релятивистских протонов космических лучей с петаэлектронвольтными энергиями.

То, как ведут себя струи вещества при взаимодействии с окружающей средой, хорошо известно. В астрофизических условиях такие струи (джеты) возникают вблизи сверхмассивных черных дыр, а также черных дыр звездных масс. Когда плотность вещества в струях становится много меньше плотности окружающего газа, возникают ударные волны, которые могут фокусировать эти струи и позволять им распространяться на большие расстояния.

В случае SS433 изотропная часть ветра играет роль «окружающей среды» для более коллимированной части ветра. Она фокусирует и разогревает осевую часть ветра, оставаясь невидимой для наблюдателя. В результате на большом расстоянии от компактного источника «из ниоткуда» возникает яркая в рентгеновском и гамма-диапазоне структура.