«Радиоастрон» рассмотрел в деталях структуру джета вблизи сверхмассивной черной дыры

Космический телескоп «Радиоастрон», работающий в режиме интерферометра со сверхдлинной базой, смог разглядеть детали строения релятивистского джета всего в тридцати угловых микросекундах от сверхмассивной черной дыры в центре активной галактике 3C84, что в десять раз превосходит данные наземных наблюдений. Это позволяет изучить процессы, идущие в джетах на расстояниях от сотни до десяти тысяч гравитационных радиусов от черной дыры и понять механизмы их образования. Статья опубликована в журнале Nature Astronomy.

Проект «Радиоастрон» — это радиоинтерферометр со сверхдлинной базой (РСДБ). Суть этого метода в том, что два или более радиотелескопа работают как элементы одной большой системы. Это позволяет вести наблюдения с очень высоким угловым разрешением и различать мелкие детали в ярких (в радиодиапазоне) астрофизических объектах, таких как пульсары, мазеры или квазары. Увеличить разрешение можно размещением телескопов как можно дальше друг от друга, например вынеся один из них в космос. Таким телескопом и стал российский «Спектр-Р», обладающий 10-метровой антенной, одной из самых больших антенн среди космических радиотелескопов. Он обращается вокруг Земли по сильно вытянутой эллиптической орбите с периодом около 8,3 суток. В этом случае космический телескоп и наземные радиоастрономические обсерватории образуют гигантскую систему с базой более 300 тысяч километров. Подробнее про аппарат можно прочитать в серии интервью Виталия Егорова (1, 2, 3).

В новой работе международная группа ученых из восьми стран во главе с Габриэлем Джиованнини (Gabriele Giovannini) сообщает о результатах наблюдений за джетом, исходящим из центральной части Сейфертовской галактики 3C84 или NGC 1275, расположенной в центральной части скопления галактик в Персее, на расстоянии 240 миллионов световых лет от Земли. Наблюдения велись на частоте 22 гигагерца в сентябре 2013 года, база радиоинтерферометра при этом составляла около восьми диаметров Земли. Это позволило получить изображение центральной части галактики, размером около одного парсека, с пространственным разрешением 0,1 на 0,05 угловых миллисекунд. На нем различимо ядро галактики, содержащее сверхмассивную черную дыру с массой около 8×10⁸ масс Солнца, от которого исходят релятивистские джеты, направленные в разные стороны, а также две обширные яркие области, в которых идет взаимодействие джета с окружающей средой. Наблюдения показывают, что ширина релятивистского потока вблизи черной дыры гораздо больше, чем предсказывают модели, а сам джет имеет форму, близкую к цилиндрической.

Эти результаты не могут быть объяснены только теорией о том, что образование джетов идет благодаря процессу Блэнфорда — Знаека, в котором участвуют магнитные поля в эргосфере черной дыры, и необходимо рассматривать другой механизм генерации релятивистского потока, по которому он формируется из части вещества аккреционного диска вокруг черной дыры, которая не попадает в ее окрестности и выбрасывается, благодаря магнитному полю, в виде струи. Однако и с моделью, учитывающей аккрецию, не все так гладко. Одно из объяснений, которое может помочь понять наблюдаемую структуру джета, заключается в том, что видимые процессы в ядре галактики 3C84 достаточно «молоды» (начались около десяти лет назад) и выбрасываемый поток пока еще не находится в равновесии с потоком аккреции или межзвездной средой и находится в стадии формирования. Поэтому дальнейшие наблюдения за галактикой 3C84 могут дать уникальные данные о эволюции джетов на раннем этапе жизни в активной галактике.

Ранее «Радиоастрон» сумел получить самое четкое изображение строение джетов блазара в созвездия Ящерицы BL Lac, обнаружить квазар, яркость которого в 10-40 раз превышает теоретически допустимую и разглядеть водный мазер размером с Солнце.

Александр Войтюк