В центре большинства галактик находится сверхмассивная черная дыра. Иногда эти небесные монстры выпускают мощные струи высокоэнергетической материи, которые выходят далеко за пределы галактики-хозяина. Впервые ученые запечатлели сверхмассивную черную дыру и ее джет на одном снимке.
Это M87*, сверхмассивная черная дыра в центре галактики M87, которая находится на расстоянии 55 миллионов световых лет от нас, то есть в нашей «космической окрестности». Этот объект стал известен в 2017 году, поскольку благодаря телескопу Event Horizon Telescope (EHT) была получена его фотография — первое в истории реальное изображение тени сверхмассивной черной дыры.
M87* в 6,5 миллиарда раз массивнее Солнца, а тем временем другие наблюдения успели отдельно сфотографировать область вблизи черной дыры и релятивистскую струю, испускаемую ею. Теперь, используя данные 2018 года с радиотелескопов GMVA (Gloval Millimeter VLBI Array), ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) и GLT (GreenLand Telescope), удалось запечатлеть обе структуры на одном снимке.
Беспрецедентное изображение
Изображение, которое удалось получить с помощью радиотелескопов, уникально. На нем мы видим то, что ученые называют тенью черной дыры, — темную область в центре яркого кольца, впервые запечатленного EHT в 2017 году. Когда материя вращается вокруг черной дыры, она нагревается и излучает свет, распределяясь в кольцеподобной структуре, которую мы можем наблюдать с Земли.
Однако, в отличие от 2017 года, эта фотография содержит данные на более длинной радиоволне, чем у EHT, — 3,5 мм (вместо 1,3 мм). На этой длине волны также можно увидеть струю материала, выбрасываемого на релятивистских скоростях за пределы кольца света, расположенного вокруг центральной сверхмассивной черной дыры.
Размер кольца, наблюдаемого сетью GMVA, примерно на 50 процентов больше, чем изображение, полученное EHT. Чтобы понять это расхождение, исследователи использовали численное моделирование для проверки различных сценариев. Результаты показывают, что на новом изображении видно больше материала, падающего в сторону черной дыры, чем наблюдалось ранее с помощью EHT.
Чтобы понять, что происходит вблизи самых экстремальных и загадочных регионов Вселенной, радиотелескопы играют решающую роль. Это новое изображение M87* было получено в ходе наблюдательной кампании 2018 года, когда сеть радиотелескопов, разбросанных по всему земному шару, работала вместе, как будто это виртуальный телескоп размером с Землю. Данные, собранные этими телескопами, затем объединяются с помощью техники, называемой интерферометрией, которая синхронизирует сигналы, полученные от каждого отдельного объекта.
Такая большая сеть может различать крошечные детали в районе черной дыры M87. Оно включает:
- GMVA, состоящий из 14 радиотелескопов в Европе и Северной Америке.
- ALMA, состоящая из 66 антенн, расположенных в чилийской пустыне Атакама, в южном полушарии, сыграла ключевую роль в этих наблюдениях благодаря своему расположению и чувствительности.
- 12-метровый GLT в Туле, Гренландия.
Понимание того, как черные дыры могут создавать такие огромные джеты, является извечной проблемой. Ру-Сен Лу из Шанхайской астрономической обсерватории в Китае сказал:
«Мы знаем, что джеты выбрасываются из области, окружающей черные дыры. Но мы все еще не до конца понимаем, как это происходит на самом деле. Чтобы изучить это напрямую, нам необходимо наблюдать за происхождением струи как можно ближе к черной дыре«.
Следующие наблюдения с помощью этой сети телескопов позволят выяснить, как сверхмассивные черные дыры могут запускать мощные джеты. Исследователи планируют наблюдать область вокруг M87* на разных длинах радиоволн, чтобы детально изучить выброс джета. И попытаться распутать сложные процессы, происходящие вблизи сверхмассивной черной дыры.