Высококонтрастное изображение показывает неизвестную структуру в галактике

В результате достижения высокого динамического диапазона изображения группа астрономов из Японии впервые обнаружила слабое радиоизлучение, покрывающее гигантскую галактику с энергичной черной дырой в ее центре. Радиоизлучение испускается из газа, созданного непосредственно центральной черной дырой. Команда ученых рассчитывает понять, как черная дыра взаимодействует с галактикой-хозяином, применяя ту же технику к другим квазарам.

3C 273, который находится на расстоянии 2,4 миллиарда световых лет от Земли, является квазаром. Квазар — это ядро ​​галактики, в центре которой находится массивная черная дыра, которая поглощает окружающий материал, испуская огромное излучение.

Квазар 3C273 является первым из когда-либо обнаруженных квазаров, самым ярким и лучше всего изученным. Это один из наиболее часто наблюдаемых источников в телескопы, поскольку его можно использовать в качестве эталона положения на небе: другими словами, 3C273 — это радиомаяк.

Первый идентифицированный квазар 3C 273 был обнаружен астрономом Алланом Сэндиджем в начале 1960-х годов. Несмотря на то, что он расположен примерно в 2,4 миллиардах световых лет от нас в гигантской эллиптической галактике в созвездии Девы, это оптически самый яркий квазар на небе с Земли.

Когда вы видите фары автомобиля, их ослепительная яркость затрудняет видение более темного окружения. То же самое происходит с телескопами, когда они наблюдают за яркими объектами.

Динамический диапазон — это контраст между самыми яркими и самыми темными тонами изображения. Нужен широкий динамический диапазон, чтобы показать как яркие, так и темные части в одном снимке телескопа. ALMA может регулярно достигать динамических диапазонов изображения примерно до 100, но коммерчески доступные цифровые камеры обычно имеют динамический диапазон в несколько тысяч. Радиотелескопы не очень хорошо видят объекты со значительным контрастом.

3C273 был известен десятилетиями, но знания были сосредоточены на его ярких центральных ядрах, откуда исходит большинство радиоволн. Однако о самой галактике-хозяине известно гораздо меньше, потому что для обнаружения комбинации слабой и диффузной галактики с ядром 3C273 требуются высокие динамические диапазоны.

Исследовательская группа использовала технику, называемую самокалибровкой, чтобы уменьшить утечку радиоволн из 3C273 в галактику, которая использовала саму 3C273 для коррекции влияния атмосферных колебаний Земли на систему телескопа. Они достигли динамического диапазона изображения 85000, что является рекордом ALMA для внегалактических объектов.

В результате достижения высокого динамического диапазона изображения команда астрономов обнаружила слабое радиоизлучение, простирающееся на десятки тысяч световых лет от родительской галактики 3C273. Радиоизлучение вокруг квазаров обычно предполагает синхротронное излучение, которое исходит от высокоэнергетических событий, таких как вспышки звездообразования или сверхбыстрые джеты, исходящие из центрального ядра. Синхротронная струя существует и в 3C273, она видна в правом нижнем углу изображения.

Существенной характеристикой синхротронного излучения является изменение его яркости в зависимости от частоты, но слабое радиоизлучение, обнаруженное командой, имело постоянную яркость независимо от радиочастоты. После рассмотрения альтернативных механизмов ученые обнаружили, что это слабое и продолжительное радиоизлучение исходит от газообразного водорода в галактике, питаемого непосредственно ядром 3C 273.

Впервые обнаружено, что радиоволны от такого механизма распространяются на десятки тысяч световых лет в родительской галактике квазара. Астрономы десятилетиями упускали из виду это явление в этом известном космическом маяке.

Так почему же это открытие так важно? Для галактической астрономии остается большой загадкой, может ли энергия ядра квазара быть достаточно сильной, чтобы лишить галактику способности образовывать звезды.

Слабое радиоизлучение может помочь решить эту проблему. Газообразный водород является важным компонентом для создания звезд, но если на него падает такой интенсивный свет, что газ распадается (ионизируется), никакие звезды не могут родиться. Чтобы изучить, происходит ли этот процесс вокруг квазаров, астрономы использовали оптический свет, излучаемый ионизированным газом. Проблема работы с оптическим светом заключается в том, что космическая пыль поглощает свет на пути к телескопу, поэтому трудно определить, сколько света испускает газ.

Более того, механизм, ответственный за испускание оптического света, сложен, что заставляет астрономов делать множество предположений.

Радиоволны, обнаруженные в этом исследовании, исходят из того же газа благодаря простым процессам и не поглощаются пылью. Использование радиоволн значительно упрощает измерение ионизированного газа, создаваемого ядром 3C273. В этом исследовании астрономы обнаружили, что по крайней мере 7% света от 3C 273 поглощается газом в галактике-хозяине, создавая ионизированный газ, масса которого в 10-100 миллиардов раз превышает массу Солнца. Однако в 3C 273 было много газа непосредственно перед формированием звезд, так что в целом не похоже, чтобы звездообразование было сильно подавлено ядром.

«Это открытие открывает новые возможности для изучения проблем, которые ранее решались с помощью наблюдений в оптическом свете», — говорит Шинья Комуги, ведущий автор исследования, опубликованного в Astrophysical Journal. «Применяя ту же технику к другим квазарам, мы надеемся понять, как развивается галактика посредством взаимодействия с центральным ядром».