Телескоп, больший, чем Земля, создает изображения джетов черных дыр

Международная команда исследователей с беспрецедентной точностью визуализировала формообразующие струи плазмы из массивной черной дыры. Изображения, сделанные с помощью комбинации телескопов в космосе и на земле, увидели струйную структуру на пару сотен радиусов черной дыры или на 12 световых дней от точки ее начала.

В центрах всех массивных галактик обнаруживаются черные дыры весом в несколько миллиардов масс Солнца. Некоторые из этих массивных черных дыр выбрасывают эффектные струи (джеты), состоящие из плазменных потоков, близких к скорости света, и которые могут простираться далеко за пределы их галактики-хозяина. Как они формируются, это давняя тайна.

Одной из основных трудностей в их изучении было неспособность астрономов сопоставить структуру джетов, приводимых в движение черной дырой, достаточно близко к их исходной точке, чтобы было возможным прямое сравнение с теоретическими и вычислительными моделями струйного образования.

Международная команда исследователей из восьми разных стран теперь сделала снимки с ультравысоким угловым разрешением струи черной дыры в центре гигантской галактики NGC 1275, также известной как радиоисточник Perseus A или 3C 84. Они смогли увидеть структуру в 10 раз ближе к черной дыре в NGC 1275, чем раньше, с использованием наземных инструментов. На изображении показаны беспрецедентные детали зоны формирования джета.

«Результат был неожиданным. Оказалось, что наблюдаемая ширина струи была значительно шире, чем ожидалось в моделях, предпочитаемых в настоящее время, когда джет выпускается из эргосферы черной дыры — области пространства рядом с вращающейся черной дырой, где само пространство тянется к круговому движению вокруг дыры», объясняет профессор Габриэле Джованнини из Итальянского Национального института астрофизики.

«Это может означать, что по крайней мере внешняя часть струи запускается с аккреционного диска, окружающего черную дыру. Наш результат еще не опровергает текущие модели, где струи запускаются из эргосферы, но, надеюсь, дает теоретикам представление о структурах, близких к месту запуска, и подсказывает, как разрабатывать модели», — добавляет доктор Туомас Саволайнен из Университета Аалто в Финляндии, руководитель программы, которая сделала изображения.

Другим результатом исследования является то, что структура джета в NGC 1275 значительно отличается от джета в соседней галактике Messier 87, которая является единственной другой струей, структура которой была показана одинаково близко к черной дыре. Исследователи считают, что это связано с разницей в возрасте этих двух джетов.

«Изучение внутренней области NGC 1275 продолжает наши исследования активных галактических ядер с максимально возможным разрешением. На расстоянии 70 мегапарсек или 230 миллионов световых лет от нашей Галактики мы можем беспрецедентно исследовать структуру струи размером всего лишь несколько сотен радиусов черной дыры или 12 световых дней», — заключает профессор Антон Зейтест, директор Института радиоастрономии им. Макса Планка в Бонне, Германия.

Значительное улучшение резкости изображений стало возможным благодаря интерферометру «Земля-космос» RadioAstron, который состоит из 10-метрового орбитального радиотелескопа и группы из около двух десятков крупнейших в мире наземных радиотелескопов.

Когда сигналы отдельных телескопов объединены с использованием интерференции радиоволн, этот массив телескопов имеет угловое разрешение, эквивалентное радиотелескопу диаметром 350 000 километров — почти расстояние между Землей и Луной.

Это делает RadioAstron инструментом с самым высоким угловым разрешением в истории астрономии. Проект РадиоАстрон возглавляет Астрокосмический центр физического института им. П.Н. Лебедева РАН и Научно-производственное объединение им. Лавочкина по контракту с Государственной космической корпорацией РОСКОСМОС в сотрудничестве с партнерскими организациями в России и других странах.

Больше информации: G. Giovannini et al. A wide and collimated radio jet in 3C84 on the scale of a few hundred gravitational radii, Nature Astronomy (2018). DOI: 10.1038/s41550-018-0431-2