Повелитель колец еле наскреб струю

Радиоинтерферометр показал астрономам кормежку черных дыр

Восстановленное изображение сейфертовской галактики NGC 1433

Фотография: eso.org

Новейшая радиообсерватория ALMA позволила астрономам проникнуть в святая святых сверхмассивных черных дыр. Они понаблюдали за их питанием и увидели, откуда растут релятивистские струи.

Заглянуть в окрестности сверхмассивных черных дыр, понять, как на них падает газ, отнимая вращательный момент у аккреционного диска, и заглянуть в самое основание джетов – тонких релятивистских струй, давно мечтают астрономы, изучающие активные ядра галактик.

Главные надежды на проникновение в эти исключительно интересные области пространства во вселенной ученые связывают с новейшими телескопами, работающими в режиме радиоинтерферометрии, — разнесенными на расстояние «тарелками», ведущими одновременные наблюдения одного и того же объекта.

Сегодня на передовой этой области исследований находится российский космический проект «Спектр-Р», который вместе с наземным плечом показал рекордное угловое разрешение, и только что достроенная горная радиообсерватория ALMA в Чили.

На этой-то обсерватории, которая лишь две недели назад обрела последнюю, 66-ю тарелку, вошедшую в состав гигантского радиоинтерферометра, и прошли наблюдения нескольких черных дыр, о чем сообщают сразу две публикации в журнале Astronomy & Astrophysics.

Согласно современным представлениям, в центре большинства галактик находятся сверхмассивные черные дыры массой в миллиарды масс Солнца. Миллиарды лет назад эти черные дыры проявляли чрезвычайную активность, поглощая огромные объемы материи из окружающего пространства и извергая излишки вещества через узкие, яркие джеты – сколлимированные пучки, в которых вещество ускоряется до околосветовых скоростей. В современной вселенной большинство таких сверхмассивных черных дыр поуспокоилось, их активность не столь велика, как в прошлом, однако взаимодействие между джетами и окружающим пространством по сей день играет не последнюю скрипку в формировании галактик.

«ALMA открыла нам удивительную спиральную структуру молекулярного газа вблизи центра галактики NGC 1433. Это объясняет то, как течет вещество, питающее черную дыру. Новые точные наблюдения позволили нам обнаружить выбросы вещества, улетающего от черной дыры всего на 150 световых лет. Это самые мелкие молекулярные выбросы, которые обнаружены в галактике за пределами нашей», — рассказала Франсуаза Ком, автор первой работы.

NGC 1433 относится к довольно редкому классу сейфертовских галактик, в которых выбросы газа происходят со скоростями до нескольких тысяч километров в секунду.

Это относительно близкая к нам галактика с перемычкой, имеющая множество пылевых сгустков рядом с ядром. Ее — за наличие внутренних и внешних колец — астрономы между собой называют «Повелителем колец».

Открытие у ядра этой галактики слабого выброса может рассказать ученым о том, как подобные джеты останавливают звездообразование рядом с черной дырой и регулируют рост балджа – центрального утолщения галактики.

Автор второй работы Иван Марти-Видал из Технического университета Чалмерса и Космической обсерватории Онсала в Швеции и его группа также наблюдали сверхмассивную черную дыру с джетом (источник PKS 1830-211), однако в куда более удаленной галактике, свет от которой был испущен 11 млрд лет назад, когда возраст Вселенной составлял всего 20% от нынешнего.

Необычность этого наблюдения в том, что изображение галактики оказалось раздвоенным:

свет, идущий от нее к Земле, искажен гигантской гравитационной линзой — галактикой, оказавшейся на его пути.

Время от времени сверхмассивные черные дыры проглатывают большие порции вещества, что на время увеличивает яркость джетов. Так и случилось с объектом PKS 1830-211, который изменил яркость прямо во время наблюдений. «Мы заметили небольшие изменения цвета и яркости на изображениях, построенных гравитационной линзой. Детальное изучение привело нас к заключению, что по счастливой случайности мы наблюдаем именно в то время, когда свежая порция вещества упала к основанию джета», — рассказал Себастьен Мюллер, соавтор работы.

Оказалось, что в это же время соответствующий всплеск, только в гамма-диапазоне, зафиксировал космический телескоп Fermi.

«Впервые мы наблюдали явную связь между гамма-излучением и субмиллиметровыми радиоволнами, исходящими из самого основания джета черной дыры», — пояснил Мюллер.
Наблюдение за основанием джетов позволяет астрономам проникнуть в области, где происходит непосредственное ускорение плазмы до релятивистских скоростей. Это дает возможность понять физику энергетических процессов, повторить которые в лабораториях на Земле просто невозможно.