Открытие мощных релятивистских джетов черных дыр в ранней Вселенной
Вселенная хранит множество загадок, и одна из самых интригующих — сверхмассивные черные дыры, способные выбрасывать струи плазмы (джеты) почти со скоростью света. Новое исследование, проведенное с помощью рентгеновской обсерватории Chandra и радиоинтерферометра VLA, раскрыло удивительные детали о таких струях, существовавших в эпоху «космического полудня» — период бурного роста галактик и черных дыр спустя всего 3 миллиарда лет после Большого взрыва.
Ученые обнаружили две сверхмассивные черные дыры, расположенные на расстоянии 11,6 и 11,7 миллиардов световых лет от Земли, чьи джеты простираются на сотни тысяч световых лет. Эти джеты невероятно мощные: один из них несет энергию, сравнимую с половиной излучения аккреционного диска черной дыры. Но самое удивительное — их удалось обнаружить благодаря реликтовому излучению, оставшемуся от Большого взрыва, которое в ту эпоху было гораздо плотнее и усиливало свечение струй.
Как черные дыры «подсвечивают» свои джеты
Когда электроны в джетах разгоняются почти до скорости света, они сталкиваются с фотонами космического микроволнового фона (CMB). В результате эти фотоны получают огромный прирост энергии, переходя в рентгеновский диапазон, который и зафиксировала Chandra.
Это явление позволило астрономам увидеть струи, несмотря на их колоссальную удаленность.
Релятивистские эффекты и новый метод анализа
Одна из главных проблем в изучении джетов — эффект релятивистского усиления. Согласно теории относительности Эйнштейна, джет, направленный прямо на нас, кажется ярче, чем тот, что летит под углом. Это создает сложности в определении реальной скорости и ориентации джетов.
Чтобы решить эту проблему, ученые разработали новый статистический метод, учитывающий, что в наблюдениях преобладают струи, направленные в сторону Земли. Они провели 10 000 симуляций, сопоставив данные с физической моделью, и выяснили, что джеты в системе J1405+0415 движутся под углом ~9°, а в J1610+1811 — под ~11° к лучу зрения. При этом их скорости составляют 95–99% и 92–98% от скорости света соответственно.
Значение открытия
Это исследование не только подтверждает существование релятивистских струй в ранней Вселенной, но и демонстрирует, как реликтовое излучение может служить «подсветкой» для изучения далеких объектов. Кроме того, новый метод анализа открывает путь к более точным измерениям свойств джетов у других сверхмассивных черных дыр.
Результаты были представлены на 246-м заседании Американского астрономического общества и опубликованы в The Astrophysical Journal, подтверждая, что даже спустя миллиарды лет после своего возникновения эти космические «монстры» продолжают удивлять ученых своей мощью и загадочностью.