Образование джета — струи плазмы в окрестности массивной чёрной дыры в галактике Персей А впервые с беспрецедентной точностью визуализировала международная команда исследователей, включающая учёных ФИАН, МФТИ и МГУ. Это стало возможным благодаря рекордному угловому разрешению космического телескопа проекта «Радиоастрон», которого нет ни у одного аппарата в мире.
Коллаж схематически показывает наземно-космический интерферометр «Радиоастрон» (сигналы отдельных телескопов объединяются при помощи интерференции радиоволн) слева и восстановленное изображение струи в галактике «Персей А».
Источник: Юрий Ковалёв.
Как сообщил «МК» заведующий лабораторией в МФТИ и ФИАН, член-корреспондент РАН и руководитель научной программы проекта «Радиоастрон» Юрий Ковалев, помимо уникального разрешения аппарата, открытию способствовала специальная программа по исследованию близких активных галактик. Персей А находится от нас в примерно в сотне миллионов световых лет. Это считается относительно небольшим расстоянием, учитывая, что обычно «Радиоастрон» исследует квазары, расположенные в миллиардах световых лет от Земли.
Так вот, изучая галактику Персей А, ученым удалось рассмотреть область формирования джета в окрестностях ее черной дыры и уточнить, как она образуется. Джет — это струя плазмы, которая вырывается из массивных черных дыр и течёт со скоростью, близкой к скорости света. Такие струи плазмы могут выходить далеко за пределы родной галактики. Над вопросом о том, как формируются джеты, астрофизики бьются многие годы. Причиной заминки до последнего времени было отсутствие технической возможности увидеть структуру этих струй достаточно близко к месту их зарождения.
Фантазия художника на тему «Центр активной галактики с аккреционным диском и яркой узкой симметричной струей».
Источник: Вольфганг Штеффен, Институт астрономии Национального автономного университета Мексики/
Радиоизображение, сделанное с помощью комбинации телескопов в космосе и на Земле («Радиоастрон» — это наземно-космический радиоинтерферометр, состоящий из сети наземных радиотелескопов и космического радиотелескопа, установленного на российском космическом аппарате «Спектр-Р»), позволило восстановить структуру струи в галактике Персей А с потрясающей детализацией в 12 световых дней. По словам Ковалева, это максимальное разрешение, которого можно достичь только при помощи радиоинтерферометра «Радиоастрон» (наименьший логический элемент двумерного цифрового изображения — это пиксели).
Радиоизображение джета в галактике «Персей А», полученное «Радиоастроном». Источник: Юрий Ковалёв и др., Nature Astronomy.
В итоге ученые сделали уникальный вывод, который может поколебать некоторые базовые представления о формирования выбросов плазмы в галактиках. До сих пор существовало две конкурирующие идеи, которые были предложены ещё на рубеже 70–80-х годов прошлого века.
По данным ФИАН-Информ, одна модель носит имя Блэнфорда-Знаека. В центре галактики находится сверхмассивная чёрная дыра массой в миллиарды масс Солнца. Она вращается, вокруг нее вращается аккреционный диск (структура, возникающая в результате падения материала, обладающего вращательным моментом, на массивное центральное тело). Часть падающего из аккреционного диска вещества, которая не засасывается чёрной дырой, выбрасывается наружу в виде струи. То есть, узкий джет формируется благодаря крутящему моменту, получаемому от центральной сверхмассивной чёрной дыры.
Космический телескоп проекта «Радиоастрон» готовится к запуску.
Юрий Ковалев: «Радиоастрон» реализует рекордное угловое разрешение до нескольких микросекунд дуги, эквивалентное радиотелескопу диаметром 350 000 км – почти расстояние между Землёй и Луной. На Земле с нами работает до 40 крупнейших радиотелескопов по всему миру. Сигналы отдельных телескопов, синхронизированные с помощью атомных часов, объединяются вместе в интерферометре для получения изображения при помощи специализированной обработки данных».
Источник: Юрий Ковалёв.
С этим представлением многие годы конкурировала модель Блэнфорда-Пейна. В рамках этой модели считается, что формирование горячих выбросов плазмы возможно через крутящий момент самого аккреционного диска. То есть сама черная дыра не играет ключевую роль в формировании джета.
До последнего времени астрофизики, занимающиеся далекими галактиками, отдавали предпочтение модели Блэнфорда – Знаека: они склонялись к тому, что джеты в галактиках формируются центральной сверхмассивной чёрной дырой.
Наземные радиотелескопы, участвовавшие в наблюдениях «Радиоастрона».
Источник: Пол Боуэн.
Международной команде исследователей из восьми стран с помощью космического телескопа «Радиоастрон» удалось получить детальное изображение основания джета в 10 раз ближе к границе чёрной дыры, чем это было возможно с наземными инструментами. Благодаря этому они впервые выявили новые детали области формирования струи и пришли к выводу, о том, что джет может формироваться с участием аккреционного диска, его крутящего момента и магнитного поля. «Не исключено, — говорится в пресс-релизе научной группы, — что вклад в этот процесс от аккреционного диска даже является основным».
— Благодаря беспрецедентному разрешению «Радиоастрона» мы увидели, что джет сразу стартует широким и имеет цилиндрическую форму. Быть с самого начала широким он может только при условии, если в его формировании значительную роль сыграл аккреционный диск. Это первый результат, который указывает на важность вклада диска», — комментирует Юрий Ковалев.
Справка «МК». Международный проект «Радиоастрон» был запущен в 2011 году с запуском на околоземную орбиту космический радиотелескопа «Спектр-Р». Главный элемент аппарата – 10-метровое зеркало. При запуске оно было в сложенном состоянии, чтобы габариты не превышали 3,5 метра – диаметр ракеты. При выходе на расчётную орбиту 27 лепестков раскрылись и сформировали параболоид вращения размером 10 метров с точностью 1 миллиметр. Этот телескоп был построен Научно-производственным объединением им. Лавочкина. Головной научной организаций является Астрокосмический центр Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, руководитель проекта – академик РАН Николай Кардашёв.
