Астрономы обнаружили стабильный источник гамма-излучения в далеком блазаре

Блазары — одни из самых энергетически мощных и загадочных объектов во Вселенной. Это гигантские активные ядра галактик, питаемые сверхмассивными черными дырами, которые выбрасывают в пространство струи раскаленной плазмы — релятивистские джеты. Уникальность блазаров заключается в том, что этот поток материи направлен почти точно на Землю, что позволяет астрономам изучать их с невероятной детальностью. Среди этого семейства космических «монстров» особое место занимает гамма-блазар TXS 2013+370, недавно устроивший для ученых настоящее светопредставление, уловить которое удалось с беспрецедентной точностью.

Астрономы, используя метод радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, по сути превративший сеть радиотелескопов по всей планете в один гигантский инструмент, провели детальные наблюдения за мощной гамма-вспышкой от TXS 2013+370. Результаты, опубликованные на сервере препринтов arXiv, раскрыли исключительные подробности об этом событии.

Сам блазар, расположенный близко к плоскости нашей Галактики и удаленный от нас на расстояние, соответствующее красному смещению 0.86, скрывает в своем сердце сверхмассивную черную дыру массой около 400 миллионов солнц. Повышенная активность в гамма-диапазоне, начавшаяся еще в декабре 2020 года, достигла своего пика в феврале 2021 года, что и побудило группу исследователей под руководством Йоргоса Михайлидиса из Университета Аристотеля в Салониках пристально изучить объект с помощью антенной решетки со сверхдлинной базой (VLBA).

Проведенное многочастотное поляриметрическое исследование на частотах 22, 43 и 86 ГГц, достигшее рекордного углового разрешения около 0.1 миллисекунды дуги, впервые позволило заглянуть в самую сердцевину вспышки. Наблюдения раскрыли сложную структуру блазара: компактное доминирующее ядро и изогнутую струю (джет), простирающуюся в юго-западном направлении.

С повышением частоты наблюдений общая структура джета проступала все четче. Ключевым открытием стало обнаружение в изогнутом джете нового компонента, обозначенного как N2, расположенного примерно в 60 микросекундах дуги от ядра. Именно с этим компонентом ученые связывают наблюдаемую многоволновую активность объекта.

Одним из самых важных результатов исследования стало точное определение местоположения области, где рождалось гамма-излучение. Оказалось, что вспышка произошла за пределами так называемой области широких линий или на ее самом краю. Это означает, что основным «резервуаром» фотонов для механизма генерации гамма-лучей служит пылевой тор блазара. Инфракрасные фотоны из этого тора, захватываемые релятивистским джетом, рассеиваются в гамма-диапазон посредством процесса, известного как внешнее комптоновское рассеяние.

Анализ данных также выявил сильную корреляцию и временную задержку примерно в 102 дня между гамма-излучением и переменностью на радиочастоте 15 ГГц, что указывает на то, что высокоэнергетические процессы опережают радиоизлучение.

Сравнение этой вспышки с аналогичным событием 2009 года позволило ученым сделать вывод: в обоих случаях гамма-излучение генерировалось в одной и той же области на масштабе порядка субпарсека или парсека. Это свидетельствует о том, что наблюдаемые вариации задержек связаны не с перемещением зоны излучения вдоль джета, а с изменением условий непрозрачности в этой стабильной области, открывая новые грани в понимании физики этих невероятных космических ускорителей.