Астрономы в деталях разглядели джет черной дыры в галактике M87
Более века назад, в 1918 году, астроном Хебер Кертис впервые заметил, что из центра гигантской эллиптической галактики М87, расположенной в 55 миллионах световых лет от Земли, вырывается «загадочный прямой луч». С тех пор релятивистская струя (джет) сверхгорячей плазмы, испускаемая сверхмассивной черной дырой в сердце этой галактики, стала объектом пристального изучения. И вот теперь, благодаря возможностям космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST), ученые смогли рассмотреть его с беспрецедентной детализацией.
Астрономы подтвердили вращение сверхмассивной черной дыры M87* — первого подобного объекта, который удалось сфотографировать. Наблюдения за ее релятивистской струей на протяжении 20 лет показали устойчивые колебания с циклом в 11 лет, что является неоспоримым доказательством вращения и еще раз подтверждает предсказания теории относительности Эйнштейна
Галактика М87, также известная как Дева А, давно находится в фокусе внимания астрофзиков. Это одна из самых массивных галактик в местной Вселенной, а ее черная дыра массой в 6,5 миллиардов раз превышает массу Солнца. В 2019 году она вошла в историю как первый объект такого рода, который удалось напрямую сфотографировать коллаборации Телескопа горизонта событий (EHT). Несмотря на столетие исследований, многие особенности джета оставались загадкой, включая природу ярких и темных спиралевидных областей.
Новый взгляд с помощью «Джеймса Уэбба»
Недавно международная группа астрономов под руководством Мачека Вильгуса из Института астрофизики Андалусии смогла рассмотреть джет M87 в инфракрасном диапазоне с помощью JWST. Исследователи использовали данные, изначально собранные для наблюдения за звездами галактики. Им пришлось провести сложную работу по «очистке» этих данных от загрязняющего звездного света, чтобы выделить изображение самой струи.
Этот подход позволил не только рассмотреть известные яркие узлы джета, такие как область HST-1, в мельчайших деталях, но и совершить настоящее открытие. Ученые впервые зафиксировали контрструю – второй, гораздо более тусклый джет, который выбрасывается в противоположном направлении. Согласно теории относительности Эйнштейна, джет, летящий от нас с околосветовой скоростью, кажется dimmer, поэтому контрструю так сложно наблюдать. Ее видимость, вероятно, вызвана тем, что она сталкивается с облаком газа на своем пути.
Динамичное магнитное поле и вращение черной дыры
Параллельно с наблюдениями «Уэбба» проект EHT, представляющий собой сеть радиотелескопов по всей планете, сделал другое шокирующее открытие. С 2017 по 2021 год астрономы следили за магнитным полем вблизи горизонта событий черной дыры M87* и обнаружили, что оно полностью перевернулось – его ориентация изменилась на противоположную.
«Ни одна из теоретических моделей, которые у нас есть сегодня, не может объяснить этот переключатель», – заявил соавтор исследования Чи-кван Чан. Это открытие указывает на то, что плазма в непосредственной близости от черной дыры чрезвычайно турбулентна и динамична, что заставляет ученых пересматривать существующие модели.
Кроме того, анализ 22 лет наблюдений подтвердил, что сама черная дыра вращается. Исследователи обнаружили, что направление джета медленно колеблется с периодом около 11 лет. Такое поведение, известное как прецессия, является прямым следствием эффекта Лензе — Тирринга, или «перетягивания рамки отсчета», когда вращающаяся черная дыра искривляет вокруг себя пространство-время, увлекая за собой аккреционный диск и джет.
Влияние на галактику
Открытия, связанные с M87, не ограничиваются ее непосредственным окружением. Данные космического телескопа «Хаббл» показали удивительный феномен: количество вспышек новых звезд (нов) вдоль траектории джета оказалось примерно в два раза выше, чем в других частях галактики.
Это означает, что мощный выброс энергии каким-то образом влияет на двойные звездные системы, хотя сами звезды не находятся внутри пучка плазмы. Одна из гипотез предполагает, что давление света или сама струя может «сгребать» водородное топливо в сторону белых карликов, заставляя их взрываться чаще. Это открытие свидетельствует о том, что черные дыры могут активно влиять на эволюцию своих галактик не только гравитацией, но и своими релятивистскими струями.
Заключение
Современная астрономия вступает в новую эру, когда комбинированные наблюдения разных обсерваторий — таких как EHT, «Джеймс Уэбб» и «Хаббл» — позволяют составить целостную картину самых экстремальных объектов во Вселенной. Черная дыра M87*, уже давно ставшая для ученых космической лабораторией, продолжает преподносить сюрпризы, бросая вызов нашим теоретическим моделям и открывая новые, неизвестные ранее физические процессы
|
□