Галактика Мессье 87 и гигантская черная дыра

10 апреля 2019 года телескоп Event Horizon Telescope (EHT) представил первое в мире изображение горизонта событий черной дыры, области, за которой свет не может выйти из-за огромной гравитации черной дыры. Эта гигантская черная дыра с массой 6,5 млрд. солнц расположена в эллиптической галактике Мессье 87 (M87).

Изображение с космического телескопа Спитцер показывает всю галактику M87 в инфракрасном свете. EHT-изображение, напротив, опиралось на свет в радиоволнах и показывало тень черной дыры на фоне высокоэнергетического материала вокруг нее.

Расположенная на расстоянии около 56 миллионов световых лет от Земли, M87 уже более 100 лет является объектом астрономических исследований и ее изображения были получены с помощью многих обсерваторий, включая космический телескоп Хаббла, рентгеновскую обсерваторию Чандра и NuSTAR.

В 1918 году астроном Хибер Кертис впервые заметил «любопытный прямой луч», выходящий из центра галактики. Эта яркая струя высокоэнергетического материала, образованная диском газа, быстро вращающимся вокруг черной дыры, видна на нескольких длинах волн света, от радиоволн до рентгеновских лучей.

Когда частицы в джете воздействуют на межзвездную среду (разреженный материал, заполняющий пространство между звездами в M87), они создают ударную волну, излучающую инфракрасные и радиоволны, но не видимый свет. На изображении Спитцера ударная волна более заметна, чем сама струя.

Более яркая струя, расположенная справа от центра галактики, движется почти прямо к Земле. Ее яркость усиливается из-за  высокой скорости движения в нашем направлении, а также из-за того, что ученые называют «релятивистскими эффектами», которые возникают из-за того, что материал в струе движется со скоростью, близкой к скорости света.

Траектория джета немного смещена относительно нашей прямой видимости относительно галактики, поэтому мы все еще можем видеть часть длины струи. Ударная волна начинается вокруг точки, где струя, кажется, изгибается вниз, выделяя области, где быстро движущиеся частицы сталкиваются с газом в галактике и замедляются.

Напротив, вторая струя удаляется от нас так быстро, что релятивистские эффекты делают ее невидимой на всех длинах волн. Но ударную волну, которую она создает в межзвездной среде, все еще можно увидеть здесь.

Расположенная на левой стороне центра галактики, ударная волна выглядит как перевернутая буква «С». Хотя она не видна на оптических изображениях, она может быть видна на радиоволнах, как на этом изображении.

Комбинируя наблюдения в инфракрасном диапазоне, радиоволнах, видимом свете, рентгеновских лучах и чрезвычайно энергичных гамма-лучах, ученые могут изучать физику этих мощных струй. Ученые все еще стремятся к твердому теоретическому пониманию того, как газ, втягиваемый в черные дыры, создает истекающие струи (джеты).

Инфракрасный свет на длинах волн 3,6 и 4,5 микрон отображается в синем и зеленом цветах, показывая распределение звезд, в то время как пылевые объекты, которые ярко светятся в 8,0 микрон, отображаются красным. Изображение было получено во время первоначальной «холодной» миссии Спитцера.